什麼是非阻塞DDL功能,有哪些特性 - PolarDB

PolarDB新增非阻塞DDL（Nonblock DDL）功能。Nonblock DDL規避了執行DDL過程中MDL鎖長時間擷取不成功導致的串連堆積和阻塞，有效地解決了DDL導致的鎖表問題。

背景資訊

使用者在執行DDL操作的時候，若目標表存在未提交的長事務或大查詢，DDL將持續等待擷取MDL-X鎖。在PolarDB中由於MDL-X鎖具有最高優先順序，DDL在等待MDL-X鎖的過程中，將阻塞目標表上所有的新事務，這將導致Business Connectivity的堆積和阻塞，可能會造成整個業務系統崩潰的嚴重後果。PolarDB提供的Nonblock DDL功能，可以保證即使在無法獲得MDL-X鎖的情況下，依然允許新事務進入目標表，從而保證整個業務系統的穩定。

前提條件

PolarDB MySQL版叢集需滿足如下條件之一：

PolarDB MySQL版8.0.1版本且Revision version為8.0.1.1.29及以上。
PolarDB MySQL版8.0.2版本且Revision version為8.0.2.2.12及以上。

您可以通過查詢版本號碼來確認叢集版本。

注意事項

開啟Nonblock DDL功能會導致DDL的優先順序降低，同時因MDL鎖擷取失敗從而導致執行DDL的失敗機率也會相應增大。

使用限制

PolarDB MySQL版8.0.1版本且Revision version為8.0.1.1.29及以上，以及8.0.2.2.12版本：
- 僅ALTER TABLE語句支援Nonblock DDL功能，應用於ALTER TABLE table_name ADD INDEX index_name ( `column1`, `column2`, `column3` )語句效果更佳。
- 對於在InnoDB引擎上建立的表，需要使用ALTER TABLE table_name engine=innodb命令來代替 OPTIMIZE TABLE table_name 命令進行磁碟重組。
PolarDB MySQL版8.0.2版本且Revision version為8.0.2.2.13及以上：
ALTER TABLE、OPTIMIZE TABLE和TRUNCATE TABLE語句支援Nonblock DDL功能。

使用方法

您可以先通過loose_polar_nonblock_ddl_mode參數開啟Nonblock DDL功能，並通過loose_polar_nonblock_ddl_retry_times參數設定擷取MDL-X鎖逾時重試的次數、loose_polar_nonblock_ddl_retry_interval參數設定擷取MDL-X鎖逾時重試的時間間隔、loose_polar_nonblock_ddl_lock_wait_timeout參數設定擷取MDL-X鎖逾時的時間。具體操作請參見設定叢集參數和節點參數。參數說明如下：

參數	層級	說明
loose_polar_nonblock_ddl_mode	Session	Nonblock DDL功能開關。取值範圍如下： ON：開啟Nonblock DDL功能。 OFF（預設）：關閉Nonblock DDL功能。
loose_polar_nonblock_ddl_retry_times	Session	設定擷取MDL-X鎖逾時重試的次數。取值範圍：0~31536000。預設值為0（由參數`lock_wait_timeout`計算得到的值）。說明該參數值建議設定為4194304。
loose_polar_nonblock_ddl_retry_interval	Session	設定擷取MDL-X鎖逾時重試的時間間隔。取值範圍：1~31536000。單位為秒。預設值為6。
loose_polar_nonblock_ddl_lock_wait_timeout	Session	設定擷取MDL-X鎖逾時的時間。取值範圍：1~31536000。單位為秒。預設值為1。

效能對比

本文檔對比了開啟和關閉Nonblock DDL功能對業務的影響情況，同時與使用外部工具gh-ost進行表結構變更也進行了效能對比。

測試載入器

SysBench是一個跨平台且支援多線程的模組化基準測試載入器，用於評估系統在運行高負載的資料庫時相關核心參數的效能表現。使用SysBench是為了繞過複雜的資料庫基準設定，甚至在沒有安裝資料庫的前提下，快速瞭解資料庫系統的效能。關於如何使用SysBench，請參見效能測試方法（OLTP）。

測試環境

一個規格為8核64 GB的標準版PolarDB MySQL版8.0版本的叢集。

測試方法

使用SysBench建立1個測試表sbtest1，並插入1000000行資料。

./oltp_read_write.lua --mysql-host="叢集地址" --mysql-port=“連接埠號碼” --mysql-user=“使用者名稱” --mysql-password=“使用者密碼” --mysql-db="sbtest" --tables=1 --table-size=1000000 --report-interval=1 --percentile=99 --threads=8 --time=6000 prepare

通過SysBench中的oltp_read_write.lua類比使用者業務。

./oltp_read_write.lua --mysql-host="叢集地址" --mysql-port=“連接埠號碼” --mysql-user=“使用者名稱” --mysql-password=“使用者密碼” --mysql-db="sbtest" --tables=1 --table-size=1000000 --report-interval=1 --percentile=99 --threads=8 --time=6000 run

在目標表sbtest1上開啟一個事務但不提交，該事務將持有目標表sbtest1的MDL鎖。
```
/* session 1 */
begin;
select * from sbtest1;
```
在新會話中，開啟和關閉Nonblock DDL功能的條件下，分別對錶sbtest1進行加列操作，觀察TPS的變化情況。
```
/* session 2 */
alter table sbtest1 add column d int;
```

使用gh-ost工具進行加列操作，觀察TPS的變化情況（開啟Binlog）。

./gh-ost --assume-rbr --user="使用者名稱" --password="使用者密碼" --host="叢集地址" --port="連接埠號碼" --database="sbtest" --table="sbtest1"  --alter="ADD COLUMN d INT" --allow-on-master --aliyun-rds --initially-drop-old-table --initially-drop-ghost-table --execute;

測試結果

關閉Nonblock DDL，TPS持續跌零。預設逾時時間為31536000，嚴重影響使用者業務。
開啟Nonblock DDL，TPS周期性下降，但未跌零。對使用者業務影響較小，能保證業務系統的穩定。
使用gh-ost進行表結構無鎖變更，TPS周期性跌零。對使用者業務影響很大，這是cut-over階段短暫鎖表造成的。

Nonblock DDL與gh-ost工具效能對比

開啟Nonblock DDL並使用傳統的加列方式（INSTANT、INPLACE、COPY）與使用gh-ost工具分別對100萬行資料的表進行加列操作的效能對比如下：

在無負載的情況下，通過下圖可以看出開啟Nonblock DDL並使用傳統的加列方式（INSTANT、INPLACE、COPY）比使用gh-ost工具耗時更少。
使用SysBench的oltp_read_write類比業務負載，通過下圖可以看出開啟Nonblock DDL並使用傳統的加列方式（INSTANT、INPLACE、COPY）比使用gh-ost工具耗時更少。

測試結論

Nonblock DDL功能在DDL執行期間能更好的規避新事務阻塞、TPS跌零等問題，從而儘可能的保證業務系統的穩定性。同時，能夠提供更高效的DDL變更能力。