Oracle数据表默认值列添加与行迁移（Row Migration）

在笔者之前的文章中，已经探讨过给一个数据表添加有默认值列是一项非常危险的事情，特别是在在线生产环境下。给一张大数据表添加有默认值列，最直接的有下面几个严重危害： 系统高负荷运行，消耗大量资源。添加列操作是一次性的DDL操作，生成大量的Redo Log记

在笔者之前的文章中，已经探讨过给一个数据表添加有默认值列是一项非常“危险”的事情，特别是在在线生产环境下。给一张大数据表添加有默认值列，最直接的有下面几个严重危害：

系统高负荷运行，消耗大量资源。添加列操作是一次性的DDL操作，生成大量的Redo Log记录；
长期数据表锁定，阻碍生产系统作业。添加数据列期间，对数据表添加独占锁，此时阻碍其他DML操作；
破坏原有存储结构，造成大量的行迁移（Row Migration）数据。在每个数据行尝试添加进默认值，进行膨胀的同时，由于rowid的特性，会引起严重的行链接情况，损害原有数据表存储结构；



本文主要想聊聊由于默认值添加带来的行链接（Row Migration）现象。

1、从Row Migration现象谈起

Row Migration本质上是一种由于Oracle存储特性和数据行定位特性而发生的一种现象。在Oracle中，所有的数据行都是保留在数据块单元上的。一个数据块可以容纳若干条数据（通常条件下）。一些数据列，如varchar2类型，大部分情况下都是根据输入数据的长度进行空间分配。

那么，如果数据行列填入了更大的数据，也就是空间发生了拓展。数据块存储上就会发生何种变化呢？每个数据块都会预留一部分的空闲空间，作为数据行变化预留位置。如果长度继续拓展，那么会发生什么呢？

Oracle会尝试将这个数据行拷贝出，找个新的数据块进行存储。这样，就可以放下数据块。那么，一个新的问题出现了，就是Rowid问题。

在Oracle中，Rowid是定位一条记录的物理地址。Rowid包括数据文件相对编号、对象号、数据块号和Slot行号。Rowid普遍作为数据行的标记，保存在相关的索引叶子节点上。但是，当一个数据行被转移存储到另一个数据块，本质上物理存储位置已经发生变化。索引等对象中包括的Rowid面临着失效的问题。

Oracle解决这个问题是通过“虚拟门牌”的方法。这个数据行位置虽然已经到另外的地方，但是对应的Rowid并没有发生变化。当我们检索数据，Server Process定位到原来的位置时，它会找到一个转换跳转地址，那里面记录着真正的Rowid地址。这个就是发生了Row Migration。

Row Migration给系统性能带来了很多潜在的问题。比如，一行数据原来只需要寻找一个数据块记录，现在就需要寻找多个数据块才可以。这样就是带来的性能问题。

我们在进行默认值数据行添加的时候，就会带来Row Migration的爆发。

2、Row Migration与默认值列添加

下面我们通过实验，来证明Row Migration的出现。我们选择11gR2环境进行实验。


SQL> select * from v$version;

BANNER
--------------------------------------------------------------------------------
Oracle Database 11g Enterprise Edition Release 11.2.0.1.0 - Production
PL/SQL Release 11.2.0.1.0 - Production
CORE 11.2.0.1.0 Production

SQL> create table t as select object_id from dba_objects where 1=0;
Table created

--添加若干条记录；
SQL> insert into t select object_id from dba_objects where rownum
99 rows inserted

SQL> commit;
Commit complete


数据表T，在存储结构和空间分配上情况如下：


SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade => true);
PL/SQL procedure successfully completed

SQL> select bytes, blocks,extents from user_segments where segment_name='T';

BYTES BLOCKS EXTENTS
---------- ---------- ----------
65536 8 1

SQL> select blocks from user_tables where table_name='T';

BLOCKS
----------
1


User_segment中记录着给数据段分配的总空间，但这并不代表全部的HWM位置。User_tables中的blocks，才代表HWM下数据块的个数。从上面的结果看，HWM下一共只有一个数据块。从rowid分析看，实际也的确如此。


SQL> select dbms_rowid.rowid_block_number(rowid) blockno, count(*) from t group by dbms_rowid.rowid_block_number(rowid);

BLOCKNO COUNT(*)
---------- ----------
85857 99


下面我们进行数据列添加。


SQL> alter table t add vc varchar2(1000) default lpad('T',500,'T');
Table altered

Executed in 0.078 seconds


对应的空间使用情况如下：


SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade => true);
PL/SQL procedure successfully completed

Executed in 0.141 seconds

SQL> select blocks from user_tables where table_name='T';

BLOCKS
----------
12

Executed in 0.016 seconds


SQL> select bytes, blocks,extents from user_segments where segment_name='T';

BYTES BLOCKS EXTENTS
---------- ---------- ----------
131072 16 2

SQL> select dbms_rowid.rowid_block_number(rowid) blockno, count(*) from t group by dbms_rowid.rowid_block_number(rowid);

BLOCKNO COUNT(*)
---------- ----------
85857 99

Executed in 0.016 seconds


上面的情况可以看出，Oracle的数据表T已经推高了水位线HWM到12个块，从空间分配也分配了新的extent使用。

但是，所有数据行rowid没有变化。所有数据行的“门牌号”都没有变化，但是存储呢？很诡异的增加了。正常容量下，数据块情况应该是如下：


SQL> create table t_bak as select * from t;

Table created

SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T_BAK',cascade => true);

PL/SQL procedure successfully completed

SQL> select bytes, blocks,extents from user_segments where segment_name='T_BAK';

BYTES BLOCKS EXTENTS
---------- ---------- ----------
131072 16 2

SQL> select blocks from user_tables where table_name='T_BAK';

BLOCKS
----------
8

SQL> select dbms_rowid.rowid_block_number(rowid) blockno, count(*) from t_bak group by dbms_rowid.rowid_block_number(rowid);

BLOCKNO COUNT(*)
---------- ----------
86589 14
86588 14
86585 14
86586 14
86591 14
86590 14
86587 14
86592 1

8 rows selected


下面，我们来证明发生了行链接情况。

3、数据表行链接检验

Analyze语句一度是非常流行的收集数据表统计量的操作方式。但是随着dbms_stats包的成熟推广，analyze在统计量收集方面的功能已经渐渐弱化。但是，Oracle依然保留了这个语句的两个基本功能：对数据表进行行链接（Row Migration）检测和索引健康程度检测。

下面使用analyze语句进行数据表T的检测。首先我们需要创建分析结果的容纳数据表。



--调用Oracle_HOME下的脚本；
SQL>@?/rdbms/admin/utlchain.sql

Table created.

SQL> desc chained_rows;
Name Null? Type
----------------------------------------- -------- ----------------------------
OWNER_NAME VARCHAR2(30)
TABLE_NAME VARCHAR2(30)
CLUSTER_NAME VARCHAR2(30)
PARTITION_NAME VARCHAR2(30)
SUBPARTITION_NAME VARCHAR2(30)
HEAD_ROWID ROWID
ANALYZE_TIMESTAMP DATE

SQL> create public synonym chained_rows for chained_rows;

Synonym created.

SQL> grant all on chained_rows to public;

Grant succeeded.


分析数据表，如下：

--检验数据行Row Migration情况；
SQL> analyze table t list chained rows into chained_rows;
Table analyzed

Executed in 0.125 seconds

--发生Row Migration次数；
SQL> select count(*) from chained_rows;

COUNT(*)
----------
86

Executed in 0.016 seconds

SQL> select head_rowid from chained_rows where rownum

HEAD_ROWID
------------------
AAASUCAABAAAU9hAAN
AAASUCAABAAAU9hAAO
AAASUCAABAAAU9hAAP
AAASUCAABAAAU9hAAQ

Executed in 0.016 seconds

SQL> select * from t where rowid='AAASUCAABAAAU9hAAQ';

OBJECT_ID VC
---------- --------------------------------------------------------------------------------
38 TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT

Executed in 0.016 seconds


在99行记录中，发生了86次行链接Row Migration情况。


4、结论

解决Oracle Row Migration的方法，就是进行数据表重构，重新对存储结构和Rowid进行整理。我们说，在生产环境下，进行有默认值数据列的添加操作，会引起一系列的问题，要三思而行。