1. DDL原子性概述
8.0之前并没有统一的数据字典dd，server层和引擎层各有一套元数据，sever层的元数据包括(.frm,.opt,.par,.trg等)，用于存储表定义，分区表定义，触发器定义等信息；innodb层也有自己一套元数据，包括表信息，索引信息等，这两套元数据并没有机制保证一致性，这就导致了在异常情况下可能存在元数据不一致问题，一种典型场景下，删表操作，sever层的frm已经成功删除了，但引擎层数据字典并没有更新，导致再建重名表失败的问题。同样的，比如drop table t1,t2;可能出现只删除了t1，而t2仍然存在等问题。
8.0的一个重要工作是将数据字典统一，独立了DD(数据字典)模块，废弃了server层的元数据，将innodb的元数据抽象出一条DD接口供server层和innnodb层公用。在DD的基础上，引入了DDL的原子性特性，确保DDL操作要么全做，要么全不做的能力。实现这一套逻辑的关键点在于将ddl涉及到的修改，包括dd数据字典修改，引擎层的修改(创建文件，初始化tablespace，创建btree等)和写binlog作为一个”事务”，利用事务的原子性特点来保证ddl操作的原子性。
2.DDL原子性实现原理
实现原子性的关键在于确保dd数据字典修改，引擎层的修改和写binlog是一个事务。MySQL已有的XA事务机制能有效保证DML事务和binlog的一致性。而ddl数据字典也是通过innodb引擎存储，因此做到dd数据字典修改和binlog一致是容易的；那么还需要解决的一个问题是，dd数据字典和引擎层修改的一致性，引擎层的修改并不都是记redo的，比如创建文件，rename文件名，或者清理cache等，无法简单地通过XA机制解决问题，因此8.0还引入了一套DDL_LOG机制。具体而言，就是将不记redo的一些操作，通过记日志的方式写入到ddl_log表中，而这个表是innodb引擎表，通过保证ddl_log数据与dd数据字典修改达成一致，而最终解决dd数据字典修改，引擎层的修改和写binlog一致性问题。
3.DD引入前后对比
4.DDL操作实现逻辑
引入ddl_log表后，ddl操作在原有的基础上有一些变化，主要有两点，一点是在执行ddl的过程中，会记录ddl操作到ddl_log表中；另一点是新增了一个post_ddl阶段，ddl事务提交后，做一些ddl的收尾动作，比如drop-table，真正的删除物理文件是在post-ddl阶段做的。post-ddl做的事情主要就是，读取ddl-log内容，进行回放执行。ddl操作类型如下：
通过innodb_print_ddl_logs开关，可以看到ddl过程中写入到innodb_ddl_log表中的内容。下面会以几个典型的ddl操作产生的ddl_log来说明如何保证ddl的原子性。
4.1 create table
语句：create table dd_tt(id int primary key, c1 int);
说明：
1.所有insert操作都是一个单独的事务，对应的逆向delete操作是整个ddl事务的一部分。
2.insert操作记录的是文件操作的逆向操作，比如建table_space,逆向操作就是delete_space_log。
3.如果ddl事务最终成功，那么所有逆向delete操作也最终生效，ddl_log日志被正常清理；如果ddl事务执行过程中失败(比如实例crash)，那么delete操作回滚，ddl_log表中残留3条insert_log，recover时，replay这些ddl_log，即可以清理ddl过程中产生的垃圾。
4.crash-recovery时，若binlog已经落盘，则对应的ddl事务处于prepare状态，那么最终事务要提交，ddl_log被清理干净；若binlog没有落盘，则ddl事务需要回滚，ddl_log表中残留3条记录，在故障恢复结束后，需要replay这些记录，实际上就是建文件，创建btree等逆向操作，确保回滚后是干净的。
4.2 drop table
语句：drop table dd_tt;
说明：对于drop操作而言，执行过程中只是操作ddl_log，并不做真正的drop物理表操作。在post-ddl阶段，会读取ddl_log表中的记录并replay，做真正的删除动作。如果执行过程中crash了，那么整个ddl事务会回滚，这其中也包含ddl_log中的内容也会回滚，那么整个drop操作就相当于没发生一样。
4.3 add index
语句：alter table dd_tt add index idx_c1(c1);
说明： 建索引与建表类似，insert操作部分是一个事务，单独提交，配套会记录一个delete操作，这个操作是整个ddl事务的一部分，事务如果最终提交，那么ddl-log内容被删除；如果事务最终回滚，那么ddl-log中会残留一条FREE-log，通过replay则可以清理建好的索引，达到回滚的效果。
4.4 drop index
语句：alter table dd_tt drop index idx_c1;
说明：
与drop table类似，执行过程中只记录日志，在post-ddl阶段才进行真正的删除操作。
4.5 add column
语句：alter table dd_tt add column c2 int;
说明：
8.0加列是instant-ddl，只修改元数据，与dml事务类似，不依赖ddl-log保证原子性。
4.6 drop column
语句：alter table dd_tt drop column c2;
语句分解：
1.prepare阶段：
create table #sql-ib1129-2815969725;
2.peform阶段：nothing about ddl-log
3.commit阶段：
3.1 alter table dd_tt rename to #sql-ib1130-2815969726 ;
逆向操作：alter table mysql/#sql-ib1130-2815969726 rename to dd_tt;
3.2 alter table #sql-ib1129-2815969725 rename to dd_tt;
逆向操作：alter table dd_tt rename to mysql /#s ql-ib1129-2815969725 ;
仅仅记录操作，在post-ddl阶段才做清理。
post-ddl阶段：
drop table #sql-ib1130-2815969726;
说明：drop column是copy类型的ddl，基本逻辑是新建一张临时表，拷贝数据，最后再进行一次rename操作。主要包括4个阶段：
1.prepare阶段：建临时表的过程与建表过程的ddl-log操作类似，insert-log作为单独事务直接提交，delete-log是整个事务的一部分。
这个阶段如果出现异常，ddl-log表中残留了逆操作记录，crash-recovery时，可以在replay实现清理。
2.peform阶段: 拷贝数据结束，实现online-ddl逻辑。
3.拷贝数据结束后，需要进行rename交换表名操作。
1)DROP,删除临时表
2)RENAME SPACE/TABLE 将./mysql/#sql-ib1130-2815969726.ibd 重命名为dd_tt.idb
3)REANAME SPACE/TABLE 将dd_tt.idb重名为/#s ql-ib1129-2815969725.idb
4)记录删除旧表sql-ib1130-2815969726.ibd 操作，post-ddl阶段做真正的删除。
如果这个阶段出现异常，同样的insert-log单独一个事务，delete作为整个事务的一部分，insert-log会残留在ddl-log表中，通过replay可以做清理，还原dd_tt的数据，并清理临时表#sql-ib1130-2815969726.ibd。
4.post-ddl阶段：
1).物理删除旧文件./mysql/#sql-ib1130-2815969726.ibd
2).清理mysql.innodb_dynamic_metadata中相关信息。
需要注意的是，由于ddl-log表存放的内容实际上逆向操作，所以搜集ddl-log时，实际上是逆序搜集回放的。
4.7 truncate table
语句：truncate table dd_tt;
语句分解：
1.rename dd_tt to #sql-ib1130-2815969727;
2.drop table #sql-ib1130-2815969727;
3.create table dd_tt;
说明：
1.将dd_tt重命名为sql-ib1130-2815969727
2.标记sql-ib1130-2815969727表删除，post-ddl阶段才真正删除
3.新建表dd_tt，同样的insert操作是作为单独事务提交，delete操作是整个事务的一部分，如果回滚，最终残留了insert操作，通过replay动作清理。
5.DDL操作代码堆栈
5.1 create-table
5.2 drop table
drop table时，只记录删除动作日志，这些日志作为事务的整体的一部分，如果最终事务提交，那么post_ddl阶段会读取日志真正删除；如果事务回滚，那么ddl_log也会作为事务的一部分而回滚。
参考文档
Original: https://www.cnblogs.com/cchust/p/11099450.html
Author: 天士梦
Title: MySQL8.0 DDL原子性特性
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