MySQL闪回原理与实战

目录
闪回原理
TIPS
再重复下最重要的两点筛选出正确SQL沟通清楚
闪回工具
关于DDL的flashback
参考资料

DBA或开发人员，有时会误删或误更新数据，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。

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.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

对于delete操作，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。
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。
首先安装binlog2sql：
shell> git clone https://github.com/danfengcao/binlog2sql.git && cd binlog2sql
shell> pip install -r requirments.txt

背景：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：
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 |
+------------------+-----------+

最新的binlog文件是mysql-bin.000054。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
...
/*
注意：假如执行的时候报错：
Traceback (most recent call last):
File "binlog2sql/binlog2sql.py", line 125, in
binlog2sql.process_binlog()
File "binlog2sql/binlog2sql.py", line 70, in process_binlog
for binlogevent in stream:
File "/usr/lib/python2.6/site-packages/pymysqlreplication/binlogstream.py", line 370, in fetchone
pkt = self._stream_connection._read_packet()
File "/usr/lib/python2.6/site-packages/pymysql/connections.py", line 983, in _read_packet
packet.check_error()
File "/usr/lib/python2.6/site-packages/pymysql/connections.py", line 395, in check_error
err.raise_mysql_exception(self._data)
File "/usr/lib/python2.6/site-packages/pymysql/err.py", line 107, in raise_mysql_exception
raise errorclass(errno, errval)
pymysql.err.InternalError: (1236, u'Misconfigured master - server id was not set')
可以通过set global server_id=N;然后再次执行该语句即可。
*/
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

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。

将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。

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
--注意：需要保证所在环境已安装python,且python能正常访问数据库(已安装MySQL connector)