面试题：MariaDB中TABLE结构变更对数据一致性及性能的影响分析

Question

在一个正在运行的MariaDB数据库中，有一个重要的业务表transactions，记录金融交易信息，包含transaction_id, account_id, amount, transaction_date等字段，该表有频繁的读写操作。现在由于业务需求变更，需要在该表中添加一个新字段transaction_type，用于标记交易类型。请详细阐述此TABLE结构变更可能对数据一致性和系统性能产生哪些影响，以及如何在变更过程中采取措施来保证数据一致性和尽量减少对性能的影响。

Answer 1

对数据一致性的影响

1. 读写冲突：在添加字段时，如果有读写操作同时进行，可能导致读取到旧结构的数据或者写入数据时新字段未正确填充，造成数据不一致。例如，读操作在字段添加过程中进行，可能会遗漏新字段；写操作在字段添加完成前开始，可能无法正确为新字段赋值。
2. 事务一致性：如果数据库使用事务，在表结构变更期间，事务的原子性、一致性、隔离性和持久性（ACID）特性可能受到影响。比如，一个事务可能在变更中途提交，导致部分数据按照新结构存储，部分仍按旧结构，破坏事务一致性。

对系统性能的影响

1. 锁争用：表结构变更通常需要对表加锁，在高并发读写场景下，锁的争用会加剧，导致读写操作等待，性能下降。例如，写操作等待锁释放才能进行，读操作也可能因为锁而无法及时获取数据。
2. 存储和索引重建：添加字段可能导致存储布局改变，索引也可能需要重建。这会消耗大量的磁盘I/O和CPU资源，影响系统整体性能。比如，索引重建期间，查询性能会明显降低。

保证数据一致性和减少性能影响的措施

1. 选择合适的变更时机：选择业务低峰期进行表结构变更，减少对正常业务的影响。例如，在夜间系统使用量较少时操作。
2. 使用在线变更工具：像pt-online-schema-change（Percona Toolkit中的工具），它通过创建临时表、复制数据等方式，在不锁表或尽量减少锁表时间的情况下完成结构变更。例如，先创建一个新结构的临时表，将原表数据逐步复制到临时表，复制完成后重命名临时表替换原表。
3. 事务管理：在变更前后开启事务，确保变更操作的原子性。例如，先开启事务，执行添加字段操作，确认无误后提交事务；若出现问题，回滚事务恢复原表结构。
4. 数据填充策略：在添加字段后，需要填充新字段数据时，可以采用分批处理的方式。比如，每次处理一定数量的数据行，避免一次性处理大量数据导致系统负载过高。同时，要保证填充过程中的数据一致性，如通过事务控制，确保一批数据要么全部填充成功，要么全部回滚。
5. 性能监控与优化：在变更过程中，实时监控系统性能指标，如CPU使用率、磁盘I/O、数据库负载等。根据监控结果，调整变更策略，如调整数据处理批次大小、优化索引重建方式等。例如，如果发现CPU使用率过高，可以适当减小数据处理批次，降低系统压力。