MySQL闪回原理与实战

本文将介绍闪回原理，给出笔者的实战经验，并对现存的闪回工具作比较。

DBA或开发人员，有时会误删或者误更新数据，如果是线上环境并且影响较大，就需要能快速回滚。传统恢复方法是利用备份重搭实例，再应用去除错误sql后的binlog来恢复数据。此法费时费力，甚至需要停机维护，并不适合快速回滚。也有团队利用LVM快照来缩短恢复时间，但快照的缺点是会影响mysql的性能。

MySQL闪回(flashback)利用binlog直接进行回滚，能快速恢复且不用停机。本文将介绍闪回原理，给出笔者的实战经验，并对现存的闪回工具作比较。

开胃菜

某天，小明因种种原因，误删了大批线上用户表的数据。他急忙找到公司DBA请求帮助，“客服电话已被打爆，大量用户投诉无法登陆，领导非常恼火。请问多久能恢复数据？”DBA一脸懵逼，沉默十秒后，伸出一根手指。“你的意思是一分钟就能恢复？太好了。”小明终于有些放松，露出了一丝笑容。“不，我们中有个人将会离开公司。”DBA沉痛的说道。

勿让悲剧发生，尽早将此文转给公司DBA。

闪回原理

binlog概述

MySQL binlog以event的形式，记录了MySQL server从启用binlog以来所有的变更信息，能够帮助重现这之间的所有变化。MySQL引入binlog主要有两个目的：一是为了主从复制；二是某些备份还原操作后需要重新应用binlog。

有三种可选的binlog格式，各有优缺点：

• statement：基于SQL语句的模式，binlog数据量小，但是某些语句和函数在复制过程可能导致数据不一致甚至出错；
• row：基于行的模式，记录的是行的完整变化。很安全，但是binlog会比其他两种模式大很多；
• mixed：混合模式，根据语句来选用是statement还是row模式；

利用binlog闪回，需要将binlog格式设置为row。row模式下，一条使用innodb的insert会产生如下格式的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/*!*/;

闪回原理

既然binlog以event形式记录了所有的变更信息，那么我们把需要回滚的event，从后往前回滚回去即可。

对于单个event的回滚，我们以表test.user来演示原理

mysql> show create table test.userG
*************************** 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

• 对于delete操作，我们从binlog提取出delete信息，生成的回滚语句是insert。(注：为了方便解释，我们用binlog2sql将原始binlog转化成了可读SQL)

  原始：DELETE FROM `test`.`user` WHERE `id`=1 AND `name`='小赵';
  回滚：INSERT INTO `test`.`user`(`id`, `name`) VALUES (1, '小赵');

• 对于insert操作，回滚SQL是delete。

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

• 对于update操作，回滚sql应该交换SET和WHERE的值。

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

闪回实战

真实的闪回场景中，最关键的是能快速筛选出真正需要回滚的SQL。

我们使用开源工具binlog2sql来进行实战演练。binlog2sql由美团点评DBA团队(上海)出品，多次在线上环境做快速回滚。

首先我们安装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时误删了test库user表大批的数据，需要紧急回滚。

test库user表原有数据
mysql> select * from user;
+----+--------+---------------------+
| id | name   | addtime             |
+----+--------+---------------------+
|  1 | 小赵   | 2013-11-11 00:04:33 |
|  2 | 小钱   | 2014-11-11 00:04:48 |
|  3 | 小孙   | 2016-11-11 20:25:00 |
|  4 | 小李   | 2013-11-11 00:00:00 |
.........
+----+--------+---------------------+
16384 rows in set (0.04 sec)

11:44时，user表大批数据被误删除。与此同时，正常业务数据是在继续写入的
mysql> delete from user where addtime>'2014-01-01';
Query OK, 16128 rows affected (0.18 sec)

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

恢复数据步骤：

1. 登录mysql，查看目前的binlog文件

   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。我们的目标是筛选出需要回滚的SQL，由于误操作人只知道大致的误操作时间，我们首先根据时间做一次过滤。只需要解析test库user表。(注：如果有多个sql误操作，则生成的binlog可能分布在多个文件，需解析多个文件)

   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 输出：
   DELETE FROM `test`.`user` WHERE `addtime`='2014-11-11 00:04:48' AND `id`=2 AND `name`='小钱' 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`='小孙' 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
   ...

3. 根据位置信息，我们确定了误操作sql来自同一个事务，准确位置在257427-504272之间(binlog2sql对于同一个事务会输出同样的start position)。再根据位置过滤，使用 -B 选项生成回滚sql，检查回滚sql是否正确。(注：真实场景下，生成的回滚SQL经常会需要进一步筛选。结合grep、编辑器等)

   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 输出：
   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, '小钱'); #start 257427 end 265754 time 2016-12-26 11:44:56
   
   shell> wc -l /tmp/rollback.sql
   16128 /tmp/rollback.sql

4. 与业务方确认回滚sql没问题，执行回滚语句。登录mysql，确认回滚成功。

   shell> mysql -h127.0.0.1 -P3306 -uadmin -p'admin' < /tmp/rollback.sql
   
   mysql> select count(*) from user;
   +----------+
   | count(*) |
   +----------+
   |    16389 |
   +----------+

TIPS

• 闪回的关键是快速筛选出真正需要回滚的SQL。
• 先根据库、表、时间做一次过滤，再根据位置做更准确的过滤。
• 由于数据一直在写入，要确保回滚sql中不包含其他数据。可根据是否是同一事务、误操作行数、字段值的特征等等来帮助判断。
• 执行回滚sql时如有报错，需要查实具体原因，一般是因为对应的数据已发生变化。由于是严格的行模式，只要有唯一键(包括主键)存在，就只会报某条数据不存在的错，不必担心会更新不该操作的数据。
• 如果待回滚的表与其他表有关联，要与开发说明回滚和不回滚各自的副作用，再确定方案。
• 回滚后数据变化，可能对用户和线上应用造成困惑(类似幻读)。

再重复下最重要的两点：筛选出正确SQL！沟通清楚！

闪回工具

MySQL闪回特性最早由阿里彭立勋开发，彭在2012年给官方提交了一个patch，并对闪回设计思路做了说明(设计思路很有启发性，强烈推荐阅读)。但是因为种种原因，业内安装这个patch的团队至今还是少数，真正应用到线上的更是少之又少。彭之后，又有多位人员针对不同mysql版本不同语言开发了闪回工具，原理用的都是彭的思路。

我将这些闪回工具按实现方式分成了三类。

• 第一类是以patch形式集成到官方工具mysqlbinlog中。以彭提交的patch为代表。

  优点

  • 上手成本低。mysqlbinlog原有的选项都能直接利用，只是多加了一个闪回选项。闪回特性未来有可能被官方收录。
  • 支持离线解析。

  缺点

  • 兼容性差、项目活跃度不高。由于binlog格式的变动，如果闪回工具作者不及时对补丁升级，则闪回工具将无法使用。目前已有多位人员分别针对mysql5.5，5.6，5.7开发了patch，部分项目代码公开，但总体上活跃度都不高。
  • 难以添加新功能，实战效果欠佳。在实战中，经常会遇到现有patch不满足需求的情况，比如要加个表过滤，很简单的一个需求，代码改动也不会大，但对大部分DBA来说，改mysql源码还是很困难的事。
  • 安装稍显麻烦。需要对mysql源码打补丁再编译生成。

  这些缺点，可能都是闪回没有流行开来的原因。

• 第二类是独立工具，通过伪装成slave拉取binlog来进行处理。以binlog2sql为代表。

  优点

  • 兼容性好。伪装成slave拉binlog这项技术在业界应用的非常广泛，多个开发语言都有这样的活跃项目，MySQL版本的兼容性由这些项目搞定，闪回工具的兼容问题不再突出。
  • 添加新功能的难度小。更容易被改造成DBA自己喜欢的形式。更适合实战。
  • 安装和使用简单。

  缺点

  • 必须开启MySQL server。

• 第三类是简单脚本。先用mysqlbinlog解析出文本格式的binlog，再根据回滚原理用正则进行匹配并替换。

  优点

  • 脚本写起来方便，往往能快速搞定某个特定问题。
  • 安装和使用简单。
  • 支持离线解析。

  缺点

  • 通用性不好。
  • 可靠性不好。

就目前的闪回工具而言，线上环境的闪回，笔者建议使用binlog2sql，离线解析使用mysqlbinlog。

关于DDL的flashback

本文所述的flashback仅针对DML语句的快速回滚。但如果误操作是DDL的话，是无法利用binlog做快速回滚的，因为即使在row模式下，binlog对于DDL操作也不会记录每行数据的变化。要实现DDL快速回滚，必须修改MySQL源码，使得在执行DDL前先备份老数据。目前有多个mysql定制版本实现了DDL闪回特性，阿里林晓斌团队提交了patch给MySQL官方，MariaDB预计在不久后加入包含DDL的flashback特性。DDL闪回的副作用是会增加额外存储。考虑到其应用频次实在过低，本文不做详述，有兴趣的同学可以自己去了解，重要的几篇文章我在参考资料中做了引用。

有任何问题，或有mysql闪回相关的优秀工具优秀文章遗漏，烦请告知。 danfengcao.info@gmail.com

参考资料

[1] MySQL Internals Manual , Chapter 20 The Binary Log

[2] 彭立勋，MySQL下实现闪回的设计思路

[3] Lixun Peng, Provide the flashback feature by binlog

[4] 王广友，mysqlbinlog flashback 5.6完全使用手册与原理

[5] 姜承尧, 拿走不谢，Flashback for MySQL 5.7

[6] 林晓斌, MySQL闪回方案讨论及实现

[7] xiaobin lin, flashback from binlog for MySQL

[8] mariadb.com, AliSQL and some features that have made it into MariaDB Server

[9] danfengcao, binlog2sql: Parse MySQL binlog to SQL you want