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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。

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：

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：

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：

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：

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

optimistic-ddl-example-4

在 tbl01 同样增加一列 Level：

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：

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：

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

optimistic-ddl-example-7

在 tbl02 增加一列 Level：

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：

ALTER TABLE `tbl00` DROP COLUMN `Name`;
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：

ALTER TABLE `tbl` DROP COLUMN `Name`;

optimistic-ddl-example-10

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