DM 分库分表 DDL “乐观协调” 模式介绍丨TiDB 工具分享

前言

DM 支持在线执行分库分表的 DDL 语句（通称 Sharding DDL），先前的文章中，我们介绍了悲观模式，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。

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，并且能兼容大部分的 DDL 语句，缺点是会暂停数据迁移而不利于对上游进行灰度变更、并显著地增加增量数据复制的延迟。有些客户可能会花数个月在单一分片执行 DDL，满意后才会更改其他分片的结构。在悲观同步的设定下，用来测试的分片的 DML 事件会大量积压，在恢复同步后无法正常运作。与此同时，悲观模式还要求所有分片必须以相同的顺序执行 DDL，否则会导致任务报错暂停。

为此，DM 提供新的乐观协调模式，在一个分表上执行的 DDL，自动修改成兼容其他分表的 DDL 语句后立即应用到下游，不会阻挡任何分表执行的 DML 的迁移。乐观协调模式适用于上游灰度更新、发布的场景，或者是对上游数据库表结构变更过程中同步延迟比较敏感的场景。

原理

DM worker 的所有 DML 会直接同步到下游（出错时例外）。

DM worker 内嵌了一个小型 TiDB（通称 schema tracker），用来记录各个上游分表的表结构，当接收到来自上游的 DDL 后，会根据 schema tracker 里 DDL 的执行结果，把更新后的表结构转送给 DM master。DM master 将收到的不同分片的表结构合并成可兼容所有分片的 DML 的合成结构，即不同分片表结构的并集（此过程类似于 SQL 语句中的 JOIN 语句），然后根据合成的表结构和 DM worker 发来的表结构的不同处得到对应的 DDL 语句（即合成的表结构与原表结构的差集），同步到下游。

(具体的设计可以参考 DM: Manage DDLs on Sharded Tables by Maximizing Schema Compatibility

规则

乐观 DDL 表结构合并的规则简单来说就是对列属性定义了一个偏序关系，对不同表的同一列进行排序，选择该偏序关系中的极大元。对于不可比较的列，则返回错误

• null < not null
• no default < default(x)
• varchar(x) < varchar(y), where x< y
• utf8 < utf8mb4
• char < varchar
• tinyint < smallint < mediumint < bigint
• …

对于被不存在或者被删除的列，我们把它定为最小的列

如初始时表结构是相同的。

tbl2 添加第三列。前两列相同；tbl1 的第三列为空，所以保留 tbl2 的第三列。

tbl2 删除第一列。第二列相同；tbl2 的第一列为空，所以保留 tbl1 的第一列。tbl1 的第三列为空，所以保留 tbl2 的第三列

tbl1 将第二列改为 varchar(10)，由于 varchar(5) < varchar(10)，所以保留 tbl1 的第二列

tbl1 重命名第二列。现在 tbl1 和 tbl2 的第二列名字不一样，无法比较，DM 无法确定最终的表结构，所以任务会报错

例子

三个分片合并同步到 TiDB

① 在上游增加一列 Level。
alter table tbl00 add column Level int unsigned not null;

tbl00, tbl01, tbl02 的并集 tblMerge 是 {ID,NAME,Level}
tblMerge 和 tbl 的差集是 {Level}，所以 DDL 是 add column Level

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，所以同步到下游时，自动改写成指定默认值的形式。
alter table tbl add column Level int unsigned not null default 0;

这时候各种 DML 毋需修改都可以同步到下游。
update tbl00 set Level = 9 where ID = 1;
insert into tbl02 (ID, Name) values (27, ‘Tony’);

② 在 tbl01 同样增加一列 Level。
alter table tbl01 add column Level int unsigned not null;

tbl00, tbl01, tbl02 的并集 tblMerge 是 {ID,NAME,Level}
tblMerge 和 tbl 的差集是 {}，所以 DDL 为空

此时下游已经有相同的 Level 列了，所以 DM master 比较之后不做任何动作。

③ 在 tbl01 刪除一列 Name。
alter table tbl01 drop column Name;

tbl00, tbl01, tbl02 的并集 tblMerge 是 {ID,NAME,Level}
tblMerge 和 tbl 的差集是 {Level}，所以 DDL 为空

此时下游仍需要接收来自 tbl00 和 tbl02 含 Name 的 DMLs，故不立删之，而是为这列也补上一个默认值。
alter table tbl alter column Name set default “”;

同样，各种 DML 仍可直接同步到下游。
insert into tbl01 (ID, Level) values (15, 7);
update tbl00 set Level = 5 where ID = 5;

④ 在 tbl02 增加一列 Level。
tbl00, tbl01, tbl02 的并集 tblMerge 是 {ID,NAME,Level}
tblMerge 和 tbl 的差集是 {Level}，所以 DDL 为空
alter table tbl02 add column Level int unsigned not null;

此时所有分片都已有 Level 列，所以可以把作为兼容的默认值去掉。
alter table tbl alter column Level drop default;

⑤⑥ 在 tbl00 和 tbl02 各刪除一列 Name。
alter table tbl00 drop column Name;
alter table tbl02 drop column Name;

tbl00, tbl01, tbl02 的并集 tblMerge 是 {ID,Level}
tblMerge 和 tbl 的差集是 -{Name}，此差集是有符号的，所以 DDL 是 drop column Name

到此步 Name 列也从所有分片消失了，所以可以安全从下游移除。
alter table tbl drop column Name;

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，最好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。