MySQL · 8.0.0新特性 · 持久化自增列值

2022-04-01 15:40:53

这是MySQL8.0修复的上古bug之一，在2003年由Percona的CEO（当时应该还没Percona吧）提出的bug#199，光看这bug号就扑面而来一股上古时代的沧桑气息。

问题的本质在于InnoDB初始化AUTO_INCREMENT的方式，在每次重启时，总是算出表上最大的自增值作为最大值，下一次分配从该值开始。这意味着如果在btree右侧叶节点大量删除记录，重启后，自增值可能被重用。这在很多场景下可能导致问题，包括但不限于：主备切换、历史数据迁移等场景。在bug#199下面一大堆的回复里，可以看到大量的同行抱怨。

很早阿里的MySQL版本就解决了这个问题，主要思路是取btree根page的一个未用的长整数字段（page header的PAGE_MAX_TRX_ID），然后将当前表上的auto-increment的值持久化到其中（还好目前innodb还不支持多个自增列），由于一般表的root页都是驻留在内存的，纯内存操作对性能带来的影响几乎可以忽略。

官方的修复就比较优雅了，不改变任何现有的存储，而是通过redo log来进行恢复。该补丁基于WL#7816的框架实现的，要想搞懂这个补丁，得先看看WL#7816做了哪些改动

根据Worklog的描述，当InnoDB发现某个索引损坏时，它会设置flag其标记成corruption状态, 并持久化到内部数据词典及持久化存储中。但是新的全局数据词典（data directory，简称DD）置于存储引擎上层，而从底层引擎去更新数据词典可能会导致死锁。而将corruption信息层层传递到上层，看起来也比较诡异.

为了解决这个问题，InnoDB使用一个引擎私有的系统表+特殊redo log的方式，在引擎内部自己解决corruption标记持久化的问题。其大概思路为：

当发现索引损坏时，写入一条redo log，但不更新数据词典
引入一个innodb引擎私有的系统表，称为DD Buffer Table，每次checkpoint之前会将索引corruption bit存入其中。
在崩溃恢复时，同时从redo log和DD Buffer Table中读取索引 corruption bit, 合并结果，并标记内存中的表和索引对象。

在该worklog中解决的是corruption bit的持久化问题，但实现的框架也适用于其他目的，例如update_time, auto_inc, count(*)等，因此对代码做了通用性的抽象。

初始化Persister

目前Persister的类型仅有两种，一个用于corruption bit的持久化，一个用于自增列的持久化，对应的类为：

Persister:
    |-- CorruptedIndexPersister
    |-- AutoIncPersister

Persister对应全局对象dict_persist_t::persisters，可以通过类型persistent_type_t来找到对应的Persister，目前仅有PM_INDEX_CORRUPTED及PM_TABLE_AUTO_INC，但从注释来看，未来肯定会做更多的扩展

Persister在启动时调用函数dict_persist_init进行初始化。

新的系统表

新的系统表名为SYS_TABLE_INFO_BUFFER，对应管理类为DDTableBuffer，指针存储在dict_persist->table_buffer中。

Table id为DICT_TBL_BUFFER_ID，值为0xFFFFFFFFFF000000ULL, ROOT PAGE是ibdata的第8个page（FSP_TBL_BUFFER_TREE_ROOT_PAGE_NO）

系统表包含两个列：TABLE_ID及BLOB类型的METADATA（ref DDTableBuffer::init），METADATA列包含了所有需要持久化的元数据。

更新Metata

当发现索引损坏时，调用dict_set_corrupted标记索引损坏，并进行日志写入(Persister::write_log)：

写入的内容包含space id 和index id
日志格式为：

| 1byte: type = MLOG_TABLE_DYNAMIC_META
| Table ID
| 1byte: SUB-TYPE: PM_INDEX_CORRUPTED
| 1byte: Num: Number of corrupted indexs
| 4bytes: space id
| 8bytes: index id

## 这个结构有点奇怪，理论上同一个表的索引应该存在于同一个space中，这里只需要记录一个space id就可以了

写完这条日志后，会进行一次log flush，将日志持久化到磁盘。由于index corruption属于低概率事件，不会引起性能问题。

然后再设置表的状态为脏 (dict_table_mark_dirty)，这里为表定义了三种状态：

dict_table_t::dirty_status

METADATA_CLEAN: 在DDTableBuffer表中没有任何缓存数据
METADATA_BUFFERED: 在DDTableBuffer系统表中存在至少一行数据，未来需要回写到DD中
METADATA_DIRTY： 一些持久化元数据在内存中被修改，需要回写到DDTableBuffer中

如果当前表状态为METADATA_CLEAN，则需要将对象加到全局链表dict_persist_t::dirty_dict_tables中，这个链表用于维护状态为METADATA_DIRTY或者METADATA_BUFFERED的表对象

dirty_status在调用dict_table_mark_dirty后被设置成METADATA_DIRTY，并确保在dict_persist_t::dirty_dict_tables链表上

而对于AUTOINC列的持久化发生在插入或者更新时，注意对于临时表无需做持久化。

在插入聚集索引记录前(row_ins_clust_index_entry_low), 会先从entry中把counter拿出来，并记入日志

在更新记录时(row_upd_clust_rec)，如果表上有autoinc列并且被更新成更大的值(row_upd_check_autoinc_counter)，也会去尝试记录写日志。

持久化AUTOINC的日志写入函数为AutoIncLogMtr::log，当新的counter大于已经持久化的dict_table_t::autoinc_persisted时，将autoinc_persisted更新为新的counter,并将表的diry_status置为dirty（如果需要的话）

记录的日志格式为

| 1byte: type = MLOG_TABLE_DYNAMIC_META
| Table ID
| 1byte: Sub-type: PM_TABLE_AUTO_INC
| Autoinc Counter

注意这里在写入日志后，出于性能考虑并没有做flush log操作，因此如果crash了，已分配的autoinc不能保证不被重用，但从用户的角度来看（事务级别），autoinc是不会重用的。

回写DDTableBuffer

有几种情况会将内存修改回写到DDTableBuffer中：

在做checkpoint(log_checkpoint)之前，所有在dirty_dict_tables链表上的表对象，对应persist metadata都需要回写到DDTableBuffer中(dict_persist_to_dd_table_buffer)
从内存中驱逐一个表对象时(dict_table_remove_from_cache_low)，如果需要的话也会去尝试回写。
在对包含自增列的表做DDL后，需要持久化counter，在如下函数中，会调用dict_table_set_and_persist_autoinc:

ha_innobase::commit_inplace_alter_table
create_table_info_t::initialize_autoinc()
// for example: alter table..auto_increment = ??
row_rename_table_for_mysql;
// rename from temporary table to normal table

回写的过程也比较简单(dict_table_persist_to_dd_table_buffer_low)：

通过表对象初始化需要回写的Metadata数据: corrupt index及autoinc值(dict_init_dynamic_metadata)
构建记录值，插入DDTableBuffer系统表(DDTableBuffer::replace(), 如果记录存在的话，则进行悲观更新操作
表对象的diry_status修改成 METADATA_BUFFERED，表示有buffer的元数据

Recovery and Startup

在崩溃恢复时，当解析到日志MLOG_TABLE_DYNAMIC_META时(MetadataRecover::parseMetadataLog)，会进行解析并将解析得到的数据存储到集合中(MetadataRecover::m_tables)，如果存在相同table-id的项，就进行替换，确保总是最新的。

在完成recovery后，搜集到的meta信息暂时存储到srv_dict_metadata中，随后进行apply(srv_dict_recover_on_restart)， apply的过程也比较简单，载入表对象，然后对表对象进行更新（MetadataRecover::apply），例如对于autoinc列，就总是选择更大的那个值。

最后

详细参阅代码 commit dcb8792b371601dc5fc4e9f42fb9c479532fc7c2

这个bug已经挂了相当长的时间，不排除把这个bug当作InnoDB的“特性”的同学，一定要注意到这个改动...

码农公寓

初始化Persister

新的系统表

更新Metata

回写DDTableBuffer

Recovery and Startup

最后

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