06 | 全局锁和表锁：给表加个字段怎么有这么多阻碍？
在数据库管理系统中，尤其是在使用MySQL这样的关系型数据库时，对表结构的修改往往不仅仅是简单的增加、删除或修改字段那么简单。这些操作背后涉及到复杂的锁机制，包括全局锁和表锁，它们直接影响了数据库的并发性能和数据的完整性。本章将深入探讨全局锁和表锁的概念，以及它们如何影响给表添加字段这类看似简单的操作，进而揭示背后隐藏的复杂性和潜在的性能瓶颈。
一、全局锁：系统级别的封锁
1.1 全局锁的概念
全局锁，顾名思义，是对整个数据库实例加锁的一种机制。当数据库执行某些特定操作时，如全局备份、全库迁移等，需要确保在操作过程中，数据库的数据不会发生任何改变，此时就会使用到全局锁。全局锁一旦加上，整个数据库将处于只读状态，任何尝试修改数据的操作都会被阻塞，直到锁被释放。
1.2 全局锁的影响
- 性能瓶颈：全局锁期间，数据库无法接受任何写操作，这在大规模并发场景下会极大地影响业务性能。
- 风险增加：长时间的锁定可能导致系统无法响应其他紧急操作，增加了系统风险。
- 操作复杂性：使用全局锁进行维护操作时，需要仔细规划时间窗口，确保对业务影响最小。
1.3 实际应用中的挑战
给表加字段时，虽然看似不涉及全局锁，但在某些情况下，如使用mysqldump等工具进行全库备份时，如果备份过程中有表结构变更（如加字段），则可能因备份工具内部实现而间接触发全局锁，进而影响备份和正常业务的进行。
二、表锁：表级别的封锁
2.1 表锁的概念
表锁是对数据库中单个表进行加锁的机制。当对表进行某些特定操作时，如ALTER TABLE、DROP TABLE等，MySQL会自动对表加锁，以确保操作的原子性和一致性。表锁分为共享锁（读锁）和排他锁（写锁），前者允许多个事务同时读取表，但不允许写操作；后者则禁止其他任何读写操作。
2.2 表锁的影响
- 并发限制：表锁会限制对表的并发访问，特别是在高并发场景下，可能会导致大量查询和更新被阻塞。
- 锁粒度大：相比于行锁或页锁，表锁的粒度更大，锁冲突的可能性也更高。
- 性能下降：长时间的表锁可能导致数据库整体性能下降，尤其是当被锁表是业务核心表时。
2.3 给表加字段的阻碍
给表加字段通常通过ALTER TABLE语句实现，这一操作会触发表锁。在MySQL 5.5及之前的版本中，ALTER TABLE几乎总是导致全表扫描并重建表，这个过程中表会被锁定，无法进行任何读写操作。即使在MySQL 5.6及以后的版本中，通过在线DDL（Data Definition Language）优化，部分ALTER TABLE操作可以在不锁表的情况下完成，但添加或删除列等操作仍然需要重建表，导致长时间的锁表时间。
三、给表加字段的挑战与解决方案
3.1 挑战分析
- 长时间锁表：如前所述，
ALTER TABLE可能导致的长时间锁表是最大的挑战，直接影响业务连续性。 - 资源消耗：表重建过程中需要消耗大量CPU、IO等资源，可能导致系统整体性能下降。
- 风险性：在生产环境中直接进行表结构变更存在数据丢失或损坏的风险。
3.2 解决方案
- 选择合适的时机：在低峰时段进行表结构变更，减少对业务的影响。
- 使用pt-online-schema-change工具：Percona提供的
pt-online-schema-change工具可以在不锁表的情况下，通过创建影子表、复制数据、切换表名等方式，实现表结构的在线变更。 - 分批修改：对于大型表，可以考虑将修改操作分批进行，每次处理表的一部分数据，以减少对系统的影响。
- 使用Ghost工具：GitHub的Ghost工具是另一种实现在线DDL的工具，它采用类似
pt-online-schema-change的原理，但可能提供更多的定制选项和更好的性能。 - 考虑使用其他数据模型：如果表结构变更频繁且影响大，可能需要重新评估数据模型，考虑使用更适合频繁变更的模型，如NoSQL数据库。
四、总结
给表加字段这一看似简单的操作，在实际操作中可能因全局锁和表锁的影响而变得复杂。了解并掌握这些锁机制的工作原理及其影响，对于数据库管理员和开发人员来说至关重要。通过选择合适的时机、利用在线DDL工具、优化数据模型等手段，可以有效减轻表结构变更对数据库性能的影响，确保业务的平稳运行。同时，随着数据库技术的不断发展，新的解决方案和工具不断涌现，持续关注并学习这些新技术，将有助于我们更好地应对未来的挑战。
