MySQL閃回原理與實戰

原文地址：
https://github.com/danfengcao/binlog2sql/blob/master/example/mysql-flashback-priciple-and-practice.md
https://github.com/danfengcao/binlog2sql

DBA或開發人員，有時會誤刪或者誤更新數據，如果是線上環境並且影響較大，就需要能快速回滾。傳統恢復方法是利用備份重搭實例，再應用去除錯誤sql後的binlog來恢復數據。此法費時費力，甚至需要停機維護，並不適合快速回滾。也有團隊利用LVM快照來縮短恢復時間，但快照的缺點是會影響mysql的性能。

MySQL閃回(flashback)利用binlog直接進行回滾，能快速恢復且不用停機。本文將介紹閃回原理，給出筆者的實戰經驗，並對現存的閃回工具作比較。

開胃菜

某天，小明因種種原因，誤刪了大批線上用戶表的數據。他急忙找到公司DBA請求幫助，“客服電話已被打爆，大量用戶投訴無法登陸，領導非常惱火。請問多久能恢復數據？”DBA一臉懵逼，沉默十秒後，伸出一根手指。“你的意思是一分鐘就能恢復？太好了。”小明終於有些放鬆，露出了一絲笑容。“不，我們中有個人將會離開公司。”DBA沉痛的說道。

勿讓悲劇發生，儘早將此文轉給公司DBA。

閃回原理

binlog概述

MySQL binlog以event的形式，記錄了MySQL server從啓用binlog以來所有的變更信息，能夠幫助重現這之間的所有變化。MySQL引入binlog主要有兩個目的：一是爲了主從複製；二是某些備份還原操作後需要重新應用binlog。

有三種可選的binlog格式，各有優缺點：

statement：基於SQL語句的模式，binlog數據量小，但是某些語句和函數在複製過程可能導致數據不一致甚至出錯；
row：基於行的模式，記錄的是行的完整變化。很安全，但是binlog會比其他兩種模式大很多；
mixed：混合模式，根據語句來選用是statement還是row模式；

利用binlog閃回，需要將binlog格式設置爲row。row模式下，一條使用innodb的insert會產生如下格式的binlog：

# at 1129
#161225 23:15:38 server id 3773306082  end_log_pos 1197         Query   thread_id=1903021       exec_time=0     error_code=0
SET TIMESTAMP=1482678938/*!*/;
BEGIN
/*!*/;
# at 1197
#161225 23:15:38 server id 3773306082  end_log_pos 1245         Table_map: `test`.`user` mapped to number 290
# at 1245
#161225 23:15:38 server id 3773306082  end_log_pos 1352         Write_rows: table id 290 flags: STMT_END_F

BINLOG '
muJfWBPiFOjgMAAAAN0EAAAAACIBAAAAAAEABHRlc3QABHVzZXIAAwMPEQMeAAAC
muJfWB7iFOjgawAAAEgFAAAAACIBAAAAAAEAAgAD//gBAAAABuWwj+i1tVhK1hH4AgAAAAblsI/p
krFYStYg+AMAAAAG5bCP5a2ZWE/onPgEAAAABuWwj+adjlhNeAD4BQAAAAJ0dFhRYJM=
'/*!*/;
# at 1352
#161225 23:15:38 server id 3773306082  end_log_pos 1379         Xid = 5327954
COMMIT/*!*/;

閃回原理

既然binlog以event形式記錄了所有的變更信息，那麼我們把需要回滾的event，從後往前回滾回去即可。

對於單個event的回滾，我們以表test.user來演示原理

mysql> show create table test.user\G
*************************** 1. row ***************************
       Table: user
Create Table: CREATE TABLE `user` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(10) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=utf8

對於delete操作，我們從binlog提取出delete信息，生成的回滾語句是insert。(注：爲了方便解釋，我們用binlog2sql將原始binlog轉化成了可讀SQL)
```
原始：DELETE FROM `test`.`user` WHERE `id`=1 AND `name`='小趙';
回滾：INSERT INTO `test`.`user`(`id`, `name`) VALUES (1, '小趙');
```

對於insert操作，回滾SQL是delete。

原始：INSERT INTO `test`.`user`(`id`, `name`) VALUES (2, '小錢');
回滾：DELETE FROM `test`.`user` WHERE `id`=2 AND `name`='小錢';

對於update操作，回滾sql應該交換SET和WHERE的值。

原始：UPDATE `test`.`user` SET `id`=3, `name`='小李' WHERE `id`=3 AND `name`='小孫';
回滾：UPDATE `test`.`user` SET `id`=3, `name`='小孫' WHERE `id`=3 AND `name`='小李';

閃回實戰

真實的閃回場景中，最關鍵的是能快速篩選出真正需要回滾的SQL。

我們使用開源工具binlog2sql來進行實戰演練。binlog2sql由美團點評DBA團隊(上海)出品，多次在線上環境做快速回滾。

首先我們安裝binlog2sql：

shell> git clone https://github.com/danfengcao/binlog2sql.git && cd binlog2sql
shell> pip install -r requirements.txt

背景：小明在11:44時誤刪了test庫user表大批的數據，需要緊急回滾。

test庫user表原有數據
mysql> select * from user;
+----+--------+---------------------+
| id | name   | addtime             |
+----+--------+---------------------+
|  1 | 小趙   | 2013-11-11 00:04:33 |
|  2 | 小錢   | 2014-11-11 00:04:48 |
|  3 | 小孫   | 2016-11-11 20:25:00 |
|  4 | 小李   | 2013-11-11 00:00:00 |
.........
+----+--------+---------------------+
16384 rows in set (0.04 sec)

11:44時，user表大批數據被誤刪除。與此同時，正常業務數據是在繼續寫入的
mysql> delete from user where addtime>'2014-01-01';
Query OK, 16128 rows affected (0.18 sec)

mysql> select count(*) from user;
+----------+
| count(*) |
+----------+
|      261 |
+----------+

恢復數據步驟：

登錄mysql，查看目前的binlog文件

“`bash
mysql> show master logs;
+——————+———–+
| Log_name | File_size |
+——————+———–+
| mysql-bin.000053 | 168652863 |
| mysql-bin.000054 | 504549 |
+——————+———–+


2. 最新的binlog文件是mysql-bin.000054。我們的目標是篩選出需要回滾的SQL，由於誤操作人只知道大致的誤操作時間，我們首先根據時間做一次過濾。只需要解析test庫user表。(注：如果有多個sql誤操作，則生成的binlog可能分佈在多個文件，需解析多個文件)

    ```bash
shell> python binlog2sql/binlog2sql.py -h127.0.0.1 -P3306 -uadmin -p'admin' -dtest -tuser --start-file='mysql-bin.000054' --start-datetime='2016-12-26 11:44:00' --stop-datetime='2016-12-26 11:50:00' > /tmp/raw.sql
raw.sql 輸出：
DELETE FROM `test`.`user` WHERE `addtime`='2014-11-11 00:04:48' AND `id`=2 AND `name`='小錢' LIMIT 1; #start 257427 end 265754 time 2016-12-26 11:44:56
DELETE FROM `test`.`user` WHERE `addtime`='2015-11-11 20:25:00' AND `id`=3 AND `name`='小孫' LIMIT 1; #start 257427 end 265754 time 2016-12-26 11:44:56
...
DELETE FROM `test`.`user` WHERE `addtime`='2016-12-14 23:09:07' AND `id`=24530 AND `name`='tt' LIMIT 1; #start 257427 end 504272 time 2016-12-26 11:44:56
INSERT INTO `test`.`user`(`addtime`, `id`, `name`) VALUES ('2016-12-10 00:04:33', 32722, '小王'); #start 504299 end 504522 time 2016-12-26 11:49:42
...

根據位置信息，我們確定了誤操作sql來自同一個事務，準確位置在257427-504272之間(binlog2sql對於同一個事務會輸出同樣的start position)。再根據位置過濾，使用 -B 選項生成回滾sql，檢查回滾sql是否正確。(注：真實場景下，生成的回滾SQL經常會需要進一步篩選。結合grep、編輯器等)

shell> python binlog2sql/binlog2sql.py -h127.0.0.1 -P3306 -uadmin -p'admin' -dtest -tuser --start-file='mysql-bin.000054' --start-position=257427 --stop-position=504272 -B > /tmp/rollback.sql
rollback.sql 輸出：
INSERT INTO `test`.`user`(`addtime`, `id`, `name`) VALUES ('2016-12-14 23:09:07', 24530, 'tt'); #start 257427 end 504272 time 2016-12-26 11:44:56
INSERT INTO `test`.`user`(`addtime`, `id`, `name`) VALUES ('2016-12-12 00:00:00', 24529, '小李'); #start 257427 end 504272 time 2016-12-26 11:44:56
...
INSERT INTO `test`.`user`(`addtime`, `id`, `name`) VALUES ('2014-11-11 00:04:48', 2, '小錢'); #start 257427 end 265754 time 2016-12-26 11:44:56

shell> wc -l /tmp/rollback.sql
16128 /tmp/rollback.sql

與業務方確認回滾sql沒問題，執行回滾語句。登錄mysql，確認回滾成功。

shell> mysql -h127.0.0.1 -P3306 -uadmin -p'admin' < /tmp/rollback.sql

mysql> select count(*) from user;
+----------+
| count(*) |
+----------+
|    16389 |
+----------+

TIPS

閃回的關鍵是快速篩選出真正需要回滾的SQL。
先根據庫、表、時間做一次過濾，再根據位置做更準確的過濾。
由於數據一直在寫入，要確保回滾sql中不包含其他數據。可根據是否是同一事務、誤操作行數、字段值的特徵等等來幫助判斷。
執行回滾sql時如有報錯，需要查實具體原因，一般是因爲對應的數據已發生變化。由於是嚴格的行模式，只要有唯一鍵(包括主鍵)存在，就只會報某條數據不存在的錯，不必擔心會更新不該操作的數據。
如果待回滾的表與其他表有關聯，要與開發說明回滾和不回滾各自的副作用，再確定方案。
回滾後數據變化，可能對用戶和線上應用造成困惑(類似幻讀)。

再重複下最重要的兩點：篩選出正確SQL！溝通清楚！

閃回工具

MySQL閃回特性最早由阿里彭立勳開發，彭在2012年給官方提交了一個patch，並對閃回設計思路做了說明(設計思路很有啓發性，強烈推薦閱讀)。但是因爲種種原因，業內安裝這個patch的團隊至今還是少數，真正應用到線上的更是少之又少。彭之後，又有多位人員針對不同mysql版本不同語言開發了閃回工具，原理用的都是彭的思路。

我將這些閃回工具按實現方式分成了三類。

第一類是以patch形式集成到官方工具mysqlbinlog中。以彭提交的patch爲代表。
優點
- 上手成本低。mysqlbinlog原有的選項都能直接利用，只是多加了一個閃回選項。閃回特性未來有可能被官方收錄。
- 支持離線解析。
缺點
- 兼容性差、項目活躍度不高。由於binlog格式的變動，如果閃回工具作者不及時對補丁升級，則閃回工具將無法使用。目前已有多位人員分別針對mysql5.5，5.6，5.7開發了patch，部分項目代碼公開，但總體上活躍度都不高。
- 難以添加新功能，實戰效果欠佳。在實戰中，經常會遇到現有patch不滿足需求的情況，比如要加個表過濾，很簡單的一個需求，代碼改動也不會大，但對大部分DBA來說，改mysql源碼還是很困難的事。
- 安裝稍顯麻煩。需要對mysql源碼打補丁再編譯生成。
這些缺點，可能都是閃回沒有流行開來的原因。
第二類是獨立工具，通過僞裝成slave拉取binlog來進行處理。以binlog2sql爲代表。
優點
- 兼容性好。僞裝成slave拉binlog這項技術在業界應用的非常廣泛，多個開發語言都有這樣的活躍項目，MySQL版本的兼容性由這些項目搞定，閃回工具的兼容問題不再突出。
- 添加新功能的難度小。更容易被改造成DBA自己喜歡的形式。更適合實戰。
- 安裝和使用簡單。
缺點
- 必須開啓MySQL server。
第三類是簡單腳本。先用mysqlbinlog解析出文本格式的binlog，再根據回滾原理用正則進行匹配並替換。
優點
- 腳本寫起來方便，往往能快速搞定某個特定問題。
- 安裝和使用簡單。
- 支持離線解析。
缺點
- 通用性不好。
- 可靠性不好。

就目前的閃回工具而言，線上環境的閃回，筆者建議使用binlog2sql，離線解析使用mysqlbinlog。

關於DDL的flashback

本文所述的flashback僅針對DML語句的快速回滾。但如果誤操作是DDL的話，是無法利用binlog做快速回滾的，因爲即使在row模式下，binlog對於DDL操作也不會記錄每行數據的變化。要實現DDL快速回滾，必須修改MySQL源碼，使得在執行DDL前先備份老數據。目前有多個mysql定製版本實現了DDL閃回特性，阿里林曉斌團隊提交了patch給MySQL官方，MariaDB預計在不久後加入包含DDL的flashback特性。DDL閃回的副作用是會增加額外存儲。考慮到其應用頻次實在過低，本文不做詳述，有興趣的同學可以自己去了解，重要的幾篇文章我在參考資料中做了引用。

有任何問題，或有mysql閃回相關的優秀工具優秀文章遺漏，煩請告知。 [email protected]