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本文小編為大家詳細介紹“MySQL DDL執行方式Online DDL實例分析”，內容詳細，步驟清晰，細節處理妥當，希望這篇“MySQL DDL執行方式Online DDL實例分析”文章能幫助大家解決疑惑，下面跟著小編的思路慢慢深入，一起來學習新知識吧。
一般來說MySQL分為DDL（定義）和DML（操作）。
DDL：Data Definition Language，即數據定義語言，那相關的定義操作就是DDL，包括：新建、修改、刪除等；相關的命令有：CREATE，ALTER，DROP，TRUNCATE截斷表內容（開發期，還是挺常用的），COMMENT 為數據字典添加備注。
DML：Data Manipulation Language，即數據操作語言，即處理數據庫中數據的操作就是DML，包括：選取，插入，更新，刪除等；相關的命令有：SELECT,INSERT,UPDATE,DELETE，還有 LOCK TABLE，以及不常用的CALL – 調用一個PL/SQL或Java子程序，EXPLAIN PLAN – 解析分析數據訪問路徑。
我們可以認為：
CREATE，ALTER ，DROP，TRUNCATE，定義相關的命令就是DDL;
SELECT，INSERT，UPDATE，DELETE，操作處理數據的命令就是DML；
DDL、DML區別：
DML操作是可以手動控制事務的開啟、提交和回滾的。
DDL操作是隱性提交的，不能rollback，一定要謹慎哦！
日常開發我們對一條DML語句較為熟悉，很多開發人員都了解sql的執行過程，比較熟悉，但是DDL是如何執行的呢，大部分開發人員可能不太關心，也認為沒必要了解，都交給DBA吧。 其實不然，了解一些能盡量避開一些ddl的坑，那么下面帶大家一起了解一下DDL執行的方式，也算拋磚引玉吧。如有錯誤，還請各位大佬們指正。
在MySQL使用過程中，根據業務的需求對表結構進行變更是個普遍的運維操作，這些稱為DDL操作。常見的DDL操作有在表上增加新列或給某個列添加索引。
我們常用的易維平臺提供了兩種方式可執行DDL，包括MySQL原生在線DDL（online DDL）以及一種第三方工具pt-osc。
下圖是執行方式的性能對比及說明：
MySQL Online DDL 功能從 5.6 版本開始正式引入，發展到現在的 8.0 版本，經歷了多次的調整和完善。其實早在 MySQL 5.5 版本中就加入了 INPLACE DDL 方式，但是因為實現的問題，依然會阻塞 INSERT、UPDATE、DELETE 操作，這也是 MySQL 早期版本長期被吐槽的原因之一。
在MySQL 5.6版本以前，最昂貴的數據庫操作之一就是執行DDL語句，特別是ALTER語句，因為在修改表時，MySQL會阻塞整個表的讀寫操作。
例如，對表 A 進行 DDL 的具體過程如下：
按照表 A 的定義新建一個表 B
對表 A 加寫鎖
在表 B 上執行 DDL 指定的操作
將 A 中的數據拷貝到 B
釋放 A 的寫鎖
刪除表 A
將表 B 重命名為 A
在以上 2-4 的過程中，如果表 A 數據量比較大，拷貝到表 B 的過程會消耗大量時間，并占用額外的存儲空間。此外，由于 DDL 操作占用了表 A 的寫鎖，所以表 A 上的 DDL 和 DML 都將阻塞無法提供服務。
如果遇到巨大的表，可能需要幾個小時才能執行完成，勢必會影響應用程序，因此需要對這些操作進行良好的規劃，以避免在高峰時段執行這些更改。對于那些要提供全天候服務（24*7）或維護時間有限的人來說，在大表上執行DDL無疑是一場真正的噩夢。
因此，MySQL官方不斷對DDL語句進行增強，自MySQL 5.6 起，開始支持更多的 ALTER TABLE 類型操作來避免數據拷貝，同時支持了在線上 DDL 的過程中不阻塞 DML 操作，真正意義上的實現了 Online DDL，即在執行 DDL 期間允許在不中斷數據庫服務的情況下執行DML(insert、update、delete)。然而并不是所有的DDL操作都支持在線操作。到了 MySQL 5.7，在 5.6 的基礎上又增加了一些新的特性，比如：增加了重命名索引支持，支持了數值類型長度的增大和減小，支持了 VARCHAR 類型的在線增大等。但是基本的實現邏輯和限制條件相比 5.6 并沒有大的變化。
ALTER TABLE tbl_name ADD PRIMARY KEY (column), ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;
ALTER 語句中可以指定參數 ALGORITHM 和 LOCK 分別指定 DDL 執行的算法模式和 DDL 期間 DML 的鎖控制模式。
ALGORITHM=INPLACE 表示執行DDL的過程中不發生表拷貝，過程中允許并發執行DML（INPLACE不需要像COPY一樣占用大量的磁盤I/O和CPU，減少了數據庫負載。同時減少了buffer pool的使用，避免 buffer pool 中原有的查詢緩存被大量刪除而導致的性能問題）。
如果設置 ALGORITHM=COPY，DDL 就會按 MySQL 5.6 之前的方式，采用表拷貝的方式進行，過程中會阻塞所有的DML。另外也可以設置 ALGORITHEM=DAFAULT，讓 MySQL 以盡量保證 DML 并發操作的原則選擇執行方式。
LOCK=NONE 表示對 DML 操作不加鎖，DDL 過程中允許所有的 DML 操作。此外還有 EXCLUSIVE（持有排它鎖，阻塞所有的請求，適用于需要盡快完成DDL或者服務庫空閑的場景）、SHARED（允許SELECT，但是阻塞INSERT UPDATE DELETE，適用于數據倉庫等可以允許數據寫入延遲的場景）和 DEFAULT（根據DDL的類型，在保證最大并發的原則下來選擇LOCK的取值）。
按照原表定義創建一個新的臨時表；
對原表加寫鎖（禁止DML，允許select）；
在步驟1 建立的臨時表執行 DDL；
將原表中的數據 copy 到臨時表；
釋放原表的寫鎖；
將原表刪除，并將臨時表重命名為原表。
從上可見，采用 copy 方式期間需要鎖表，禁止DML，因此是非Online的。比如：刪除主鍵、修改列類型、修改字符集，這些操作會導致行記錄格式發生變化（無法通過全量 + 增量實現 Online）。
在原表上進行更改，不需要生成臨時表，不需要進行數據copy的過程。根據是否行記錄格式，又可分為兩類：
rebuild：需要重建表（重新組織聚簇索引）。比如 optimize table、添加索引、添加/刪除列、修改列 NULL/NOT NULL 屬性等；
no-rebuild：不需要重建表，只需要修改表的元數據，比如刪除索引、修改列名、修改列默認值、修改列自增值等。
對于 rebuild 方式實現 Online 是通過緩存 DDL 期間的 DML，待 DDL 完成之后，將 DML 應用到表上來實現的。例如，執行一個 alter table A engine=InnoDB;
重建表的 DDL 其大致流程如下：
建立一個臨時文件，掃描表 A 主鍵的所有數據頁；
用數據頁中表 A 的記錄生成 B+ 樹，存儲到臨時文件中；
生成臨時文件的過程中，將所有對 A 的操作記錄在一個日志文件（row log）中；
臨時文件生成后，將日志文件中的操作應用到臨時文件，得到一個邏輯數據上與表 A 相同的數據文件；
用臨時文件替換表 A 的數據文件。
說明：
在 copy 數據到新表期間，在原表上是加的 MDL 讀鎖（允許 DML，禁止 DDL）；
在應用增量期間對原表加 MDL 寫鎖（禁止 DML 和 DDL）；
根據表 A 重建出來的數據是放在 tmp_file 里的，這個臨時文件是 InnoDB 在內部創建出來的，整個 DDL 過程都在 InnoDB 內部完成。對于 server 層來說，沒有把數據挪動到臨時表，是一個原地操作，這就是”inplace”名稱的來源。
使用Inplace方式執行的DDL，發生錯誤或被kill時，需要一定時間的回滾期，執行時間越長，回滾時間越長。
使用Copy方式執行的DDL，需要記錄過程中的undo和redo日志，同時會消耗buffer pool的資源，效率較低，優點是可以快速停止。
不過并不是所有的 DDL 操作都能用 INPLACE 的方式執行，具體的支持情況可以在（在線 DDL 操作) 中查看。
以下是常見DDL操作：
官網支持列表：
Online DDL主要包括3個階段，prepare階段，ddl執行階段，commit階段。下面將主要介紹ddl執行過程中三個階段的流程。
1）Prepare階段：初始化階段會根據存儲引擎、用戶指定的操作、用戶指定的 ALGORITHM 和 LOCK 計算 DDL 過程中允許的并發量，這個過程中會獲取一個 shared metadata lock，用來保護表的結構定義。
創建新的臨時frm文件(與InnoDB無關)。
持有EXCLUSIVE-MDL鎖，禁止讀寫。
根據alter類型，確定執行方式(copy,online-rebuild,online-norebuild)。假如是Add Index，則選擇online-norebuild即INPLACE方式。
更新數據字典的內存對象。
分配row_log對象來記錄增量(僅rebuild類型需要)。
生成新的臨時ibd文件(僅rebuild類型需要) 。
數據字典上提交事務、釋放鎖。
注：Row log是一種獨占結構，它不是redo log。它以Block的方式管理DML記錄的存放，一個Block的大小為由參數innodb_sort_buffer_size控制，默認大小為1M，初始化階段會申請兩個Block。
2）DDL執行階段：執行期間的 shared metadata lock 保證了不會同時執行其他的 DDL，但 DML 能可以正常執行。
降級EXCLUSIVE-MDL鎖，允許讀寫（copy不可寫）。
掃描old_table的聚集索引每一條記錄rec。
遍歷新表的聚集索引和二級索引，逐一處理。
根據rec構造對應的索引項
將構造索引項插入sort_buffer塊排序。
將sort_buffer塊更新到新的索引上。
記錄ddl執行過程中產生的增量(僅rebuild類型需要)
重放row_log中的操作到新索引上(no-rebuild數據是在原表上更新的)。
重放row_log間產生dml操作append到row_log最后一個Block。
3）Commit階段：將 shared metadata lock 升級為 exclusive metadata lock，禁止DML，然后刪除舊的表定義，提交新的表定義。
當前Block為row_log最后一個時，禁止讀寫，升級到EXCLUSIVE-MDL鎖。
重做row_log中最后一部分增量。
更新innodb的數據字典表。
提交事務(刷事務的redo日志)。
修改統計信息。
rename臨時idb文件，frm文件。
變更完成。
Online DDL 過程中占用 exclusive MDL 的步驟執行很快，所以幾乎不會阻塞 DML 語句。
不過，在 DDL 執行前或執行時，其他事務可以獲取 MDL。由于需要用到 exclusive MDL，所以必須要等到其他占有 metadata lock 的事務提交或回滾后才能執行上面兩個涉及到 MDL 的地方。
前面提到 Online DDL 執行過程中需要獲取 MDL，MDL (metadata lock) 是 MySQL 5.5 引入的表級鎖，在訪問一個表的時候會被自動加上，以保證讀寫的正確性。當對一個表做 DML 操作的時候，加 MDL 讀鎖；當做 DDL 操作時候，加 MDL 寫鎖。
為了在大表執行 DDL 的過程中同時保證 DML 能并發執行，前面使用了 ALGORITHM=INPLACE 的 Online DDL，但這里仍然存在死鎖的風險，問題就出在 Online DDL 過程中需要 exclusive MDL 的地方。
例如，Session 1 在事務中執行 SELECT 操作，此時會獲取 shared MDL。由于是在事務中執行，所以這個 shared MDL 只有在事務結束后才會被釋放。
# Session 1> START TRANSACTION;> SELECT * FROM tbl_name;# 正常執行
這時 Session 2 想要執行 DML 操作也只需要獲取 shared MDL，仍然可以正常執行。
# Session 2> SELECT * FROM tbl_name;# 正常執行
但如果 Session 3 想執行 DDL 操作就會阻塞，因為此時 Session 1 已經占用了 shared MDL，而 DDL 的執行需要先獲取 exclusive MDL，因此無法正常執行。
# Session 3> ALTER TABLE tbl_name ADD COLUMN n INT;# 阻塞
通過 show processlist 可以看到 ALTER 操作正在等待 MDL。
+----+-----------------+------------------+------+---------+------+---------------------------------+-----------------+ | Id | User | Host | db | Command | Time | State | Info |│----+-----------------+------------------+------+---------+------+---------------------------------+-----------------+ | 11 | root | 172.17.0.1:53048 | demo | Query | 3 | Waiting for table metadata lock | alter table ... |+----+-----------------+------------------+------+---------+------+---------------------------------+-----------------+
由于 exclusive MDL 的獲取優先于 shared MDL，后續嘗試獲取 shared MDL 的操作也將會全部阻塞
# Session 4> SELECT * FROM tbl_name;# 阻塞
到這一步，后續無論是 DML 和 DDL 都將阻塞，直到 Session 1 提交或者回滾，Session 1 占用的 shared MDL 被釋放，后面的操作才能繼續執行。
上面這個問題主要有兩個原因：
Session 1 中的事務沒有及時提交，因此阻塞了 Session 3 的 DDL
Session 3 Online DDL 阻塞了后續的 DML 和 DDL
對于問題 1，有些ORM框架默認將用戶語句封裝成事務執行，如果客戶端程序中斷退出，還沒來得及提交或者回滾事務，就會出現 Session 1 中的情況。那么此時可以在 infomation_schema.innodb_trx 中找出未完成的事務對應的線程，并強制退出。
> SELECT * FROM information_schema.innodb_trx\G*************************** 1. row ***************************trx_id: 421564480355704trx_state: RUNNINGtrx_started: 2022-05-01 014:49:41trx_requested_lock_id: NULLtrx_wait_started: NULLtrx_weight: 0trx_mysql_thread_id: 9trx_query: NULLtrx_operation_state: NULLtrx_tables_in_use: 0trx_tables_locked: 0trx_lock_structs: 0trx_lock_memory_bytes: 1136trx_rows_locked: 0trx_rows_modified: 0trx_concurrency_tickets: 0trx_isolation_level: REPEATABLE READtrx_unique_checks: 1trx_foreign_key_checks: 1trx_last_foreign_key_error: NULLtrx_adaptive_hash_latched: 0trx_adaptive_hash_timeout: 0trx_is_read_only: 0trx_autocommit_non_locking: 0trx_schedule_weight: NULL1 row in set (0.0025 sec)
可以看到 Session 1 正在執行的事務對應的 trx_mysql_thread_id 為 9，然后執行 KILL 9 即可中斷 Session 1 中的事務。
對于問題 2，在查詢很多的情況下，會導致阻塞的 session 迅速增多，對于這種情況，可以先中斷 DDL 操作，防止對服務造成過大的影響。也可以嘗試在從庫上修改表結構后進行主從切換或者使用 pt-osc 等第三方工具。
僅適用于InnoDB（語法上它可以與其他存儲引擎一起使用，如MyISAM，但MyISAM只允許algorithm = copy，與傳統方法相同）；
無論使用何種鎖（NONE，共享或排它），在開始和結束時都需要一個短暫的時間來鎖表（排它鎖）；
在添加/刪除外鍵時，應該禁用 foreign_key_checks 以避免表復制；
仍然有一些 alter 操作需要 copy 或 lock 表（老方法），有關哪些表更改需要表復制或表鎖定，請查看官網；
如果在表上有 ON … CASCADE 或 ON … SET NULL 約束，則在 alter table 語句中不允許LOCK = NONE；
Online DDL會被復制到從庫（同主庫一樣，如果 LOCK = NONE，從庫也不會加鎖），但復制本身將被阻止，因為 alter 在從庫以單線程執行，這將導致主從延遲問題。
讀到這里，這篇“MySQL DDL執行方式Online DDL實例分析”文章已經介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識點還需要大家自己動手實踐使用過才能領會，如果想了解更多相關內容的文章，歡迎關注億速云行業資訊頻道。
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