乐观模式下分库分表合并迁移

本文介绍了 DM 提供的乐观模式下分库分表的合并迁移功能，此功能可用于将上游 MySQL/MariaDB 实例中结构相同/不同的表迁移到下游 TiDB 的同一个表中。

乐观模式 - 图1注意

在没有深入了解乐观模式的原理和使用限制的情况下不建议使用该模式，否则可能造成迁移中断甚至数据不一致的严重后果。

背景

DM 支持在线上执行分库分表的 DDL 语句（通称 Sharding DDL），默认使用“悲观模式”，即当上游一个分表执行某一 DDL 后，这个分表的迁移会暂停，等待其他所有分表都执行了同样的 DDL 才在下游执行该 DDL 并继续数据迁移。这种“悲观协调”模式的优点是可以保证迁移到下游的数据不会出错，缺点是会暂停数据迁移而不利于对上游进行灰度变更。有些用户可能会花较长时间在单一分表执行 DDL，验证一定时间后才会更改其他分表的结构。在悲观模式迁移的设定下，这些 DDL 会阻塞迁移，binlog 事件会大量积压。

因此，需要提供一种新的“乐观协调”模式，在一个分表上执行的 DDL，自动修改成兼容其他分表的语句后，立即迁移到下游，不会阻挡任何分表执行的 DML 的迁移。

乐观协调模式的配置

在任务的配置文件中指定 shard-mode 为 optimistic 则使用“乐观协调”模式，示例配置文件可以参考 DM 任务完整配置文件介绍。

使用限制

使用“乐观协调”模式有一定的风险，需要严格遵照以下方针：

  • 执行每个批次的 DDL 前和后，要确保每个分表的结构达成一致。
  • 进行灰度 DDL 时，只集中在一个分表上测试。
  • 灰度完成后，在其他分表上尽量以最简单直接的 DDL 迁移到最终的 schema，而不要重新执行灰度测试中对或错的每一步。
    • 例如：在分表执行过 ADD COLUMN A INT; DROP COLUMN A; ADD COLUMN A FLOAT;，在其他分表直接执行 ADD COLUMN A FLOAT 即可，不需要三条 DDL 都执行一遍。
  • 执行 DDL 时要注意观察 DM 迁移状态。当迁移报错时，需要判断这个批次的 DDL 是否会造成数据不一致。

“乐观协调”模式下，上游执行的大部分 DDL 无需特别关注，将自动同步，本文使用“一类 DDL” 指代。同时，还有一部分改变列名、列属性或列默认值的 DDL，称为“二类 DDL”，上游执行时要注意必须保证该 DDL 在各分表中按相同的顺序执行。

“二类 DDL” 举例如下：

  • 修改列的类型：ALTER TABLE table_name MODIFY COLUMN column_name VARCHAR(20)。
  • 重命名列：ALTER TABLE table_name RENAME COLUMN column_1 TO column_2;。
  • 增加没有默认值且非空的列：ALTER TABLE table_name ADD COLUMN column_1 NOT NULL;。
  • 重命名索引：ALTER TABLE table_name RENAME INDEX index_1 TO index_2;。

各分表在执行以上 DDL 时，若顺序不同将导致同步中断，例如下述场景：

  • 分表 1 先重命名列，再修改列类型
    1. 重命名列：ALTER TABLE table_name RENAME COLUMN column_1 TO column_2;。
    2. 修改列类型：ALTER TABLE table_name MODIFY COLUMN column_3 VARCHAR(20);。
  • 分表 2 先修改列类型，再重命名列
    1. 修改列类型：ALTER TABLE table_name MODIFY COLUMN column_3 VARCHAR(20)。
    2. 重命名列：ALTER TABLE table_name RENAME COLUMN column_1 TO column_2;。

此外，不论是使用“乐观协调”或“悲观协调”，DM 仍是有以下限制：

  • 不支持 DROP TABLE/DROP DATABASE。
  • 不支持 TRUNCATE TABLE。
  • 单条 DDL 语句要求仅包含对一张表的操作。
  • TiDB 不支持的 DDL 语句在 DM 也不支持。
  • 新增列的默认值不能包含 current_timestamp、rand()、uuid() 等，否则会造成上下游数据不一致。

风险

使用乐观模式迁移时，由于 DDL 会即时迁移到下游，若使用不当，可能导致上下游数据不一致。

使数据不一致的操作

  • 各分表的表结构不兼容，例：
    • 两个分表各自添加相同名称的列，但其类型不同。
    • 两个分表各自添加相同名称的列，但其默认值不同。
    • 两个分表各自添加相同名称的生成列，但其生成表达式不同。
    • 两个分表各自添加相同名称的索引，但其键组合不同。
    • 其他同名异构的情况。
  • 在分表上执行对数据具有破坏性的 DDL，然后尝试回滚，例：
    • 刪除一列 X，之后又把 X 加回來。

例子

例如以下三个分表合并迁移到 TiDB：

optimistic-ddl-fail-example-1

在 tbl01 新增一列 Age，默认值定为 0：

  1. ALTER TABLE `tbl01` ADD COLUMN `Age` INT DEFAULT 0;

optimistic-ddl-fail-example-2

在 tbl00 新增一列 Age，但默认值定为 -1：

  1. ALTER TABLE `tbl00` ADD COLUMN `Age` INT DEFAULT -1;

optimistic-ddl-fail-example-3

此时所有来自 tbl00 的 Age 都不一致了。这是由于 DEFAULT 0 和 DEFAULT -1 互不兼容。虽然 DM 遇到这种情况会报错，但上下游不一致的问题就需要手动去解决。

原理

在“乐观协调”模式下，DM-worker 接收到来自上游的 DDL 后，会把更新后的表结构转送给 DM-master。DM-worker 会追踪各分表当前的表结构，DM-master 合并成可兼容来自每个分表 DML 的合成结构，然后把与此对应的 DDL 迁移到下游；对于 DML 会直接迁移到下游。

optimistic-ddl-flow

例子

例如上游 MySQL 有三个分表（tbl00, tbl01 以及 tbl02），使用 DM 迁移到下游 TiDB 的 tbl 表中，如下图所示：

optimistic-ddl-example-1

在上游增加一列 Level：

  1. ALTER TABLE `tbl00` ADD COLUMN `Level` INT;

optimistic-ddl-example-2

此时下游 TiDB 要准备接受来自 tbl00 有 Level 的 DML、以及来自 tbl01 和 tbl02 没有 Level 的 DML。

optimistic-ddl-example-3

这时候如下的 DML 无需修改就可以迁移到下游：

  1. UPDATE `tbl00` SET `Level` = 9 WHERE `ID` = 1;
  2. INSERT INTO `tbl02` (`ID`, `Name`) VALUES (27, 'Tony');

optimistic-ddl-example-4

在 tbl01 同样增加一列 Level：

  1. ALTER TABLE `tbl01` ADD COLUMN `Level` INT;

optimistic-ddl-example-5

此时下游已经有相同的 Level 列了，所以 DM-master 比较表结构之后不做任何操作。

在 tbl01 刪除一列 Name：

  1. ALTER TABLE `tbl01` DROP COLUMN `Name`;

optimistic-ddl-example-6

此时下游仍需要接收来自 tbl00 和 tbl02 含 Name 的 DML 语句，因此不会立刻删除该列。

同样，各种 DML 仍可直接迁移到下游：

  1. INSERT INTO `tbl01` (`ID`, `Level`) VALUES (15, 7);
  2. UPDATE `tbl00` SET `Level` = 5 WHERE `ID` = 5;

optimistic-ddl-example-7

在 tbl02 增加一列 Level：

  1. ALTER TABLE `tbl02` ADD COLUMN `Level` INT;

optimistic-ddl-example-8

此时所有分表都已有 Level 列。

在 tbl00 和 tbl02 各刪除一列 Name：

  1. ALTER TABLE `tbl00` DROP COLUMN `Name`;
  2. ALTER TABLE `tbl02` DROP COLUMN `Name`;

optimistic-ddl-example-9

到此步 Name 列也从所有分表消失了，所以可以安全从下游移除：

  1. ALTER TABLE `tbl` DROP COLUMN `Name`;

optimistic-ddl-example-10