数据库的 Schema 变更实现

一、减少元数据变更的措施

元数据变更是数据库管理中不可避免的工作项，减少元数据变更次数可降低数据库维护和管理成本，减轻对业务的影响。这里我们可以优先考虑以下 3 点：

• 精细计划

在数据库设计和开发阶段，精细设计元数据结构可有效避免设计不合理或不充分的情况；

• 避免过度设计

为降低维护难度和变更次数，元数据结构设计应当秉承简单、实用、符合业务需求的原则，避免过度设计；

• 合并使用约束

在设计元数据结构时，合并使用约束，包括主键、外键、唯一性约束、非空约束等可以保证数据的完整性和一致性。

二、MySQL Metadata Lock 流程

1. 由 LEX 和 YACC 根据语句的类型给需要访问的表初始化 MDL 锁请求；

2. MDL_context 调用 acquire_lock 发起 MDL_request；

3. 顺利获取到 MDL_ticket，就完成了 MDL 的获取，可以继续查询过程。如果无法获取到，就需要进行锁等待；

4. 每个线程在进入锁等待前，会进行一次死锁检测，避免当前线程陷入死等。

三、PT-OSC 流程

1. 创建一个与原表结构相同的空表，表名是 _new 后缀；

2. 修改步骤 1  创建的空表的表结构；

3. 在原表上加三个触发器：delete/update/insert，用于复制数据时，将原表中要执行的语句在新表中执行；

4. 将原表数据以数据块的形式复制到新表；

5. 将原表重命名为 old 表，并把新表重命名为原表名，然后删除旧表；

6. 删除触发器。

四、F1 Schema 变更算法

• 租约：F1 约定了数分钟的 Schema 租约，在租约过期前所有服务器要完成变更操作，如果超时没有完成则认为服务器下线停止工作；

• 中间状态：把一次 Schema 变更拆解为多个逐步递进的中间状态，使两两中间状态可兼容，整个变更过程转化为演化过程。

五、OSC 流程图

• 第 1 步：将元数据由 Absent 状态演进到 DELETE_ONLY 状态，Version 加一，同时添加的 Mutation 只对 Delete 操作可见；

• 第 2 步：通过 waitToUpdateLeases 函数等待集群的其他节点将元数据更新到  Version2，这期间 Version2 的元数据和 Version1 共存，此时在节点 2 插入数据，由于 DELETE_ONLY 状态下 Mutation 对 insert 操作不可见，所以不会增加索引数据；

• 第 3 步：Mutation 将由 DELETE_ONLY 状态演进到 WRITE_ONLY 状态，同时 Version 加 1，此时 Mutation 对 Insert 和 Delete 操作可见；

• 第 4 步：再次等待其他节点将表元数据更新到 Version3；

• 第 5 步：只有需要做数据回填的 DDL 语句才会执行，比如增加索引、删除列、增加带默认值的列等；

• 第 6 步：Mutation 将变成索引并添加到表元数据中，当前节点完成变更操作；

• 第 7 步：再次等待其他节点获取到最新的表元数据，此次变更操作结束。