背景

加字段作为业务需求变更中常见的需求，InnoDB引擎表的加字段功能一直以来被运维人员所诟病，

虽然支持了online方式，但随着表空间越来越大，copy整张表的代价也越来越大。

AliSQL版本在InnoDB的compact记录格式的基础上，设计了新的记录格式comfort，支持动态加字段。

使用方法

使用的实例如下：

CREATE TABLE test(

id int primary key,

name varchar(100),

key(name)

)ENGINE=InnoDB ROW_FORMAT=comfort;

ALTER TABLE test ADD col1 INT;

这里没有增加新的语法，只是增加了新的InnoDB的记录格式，alter语句保持一致。

可以通过SHOW CREATE TABLE或者查询information_schema.tables查看ROW_FORMAT。

mysql> show create table test\G;

*************************** 1. row ***************************

Table: test

Create Table: CREATE TABLE `test` (

`id` int(11) NOT NULL,

`name` varchar(100) DEFAULT NULL,

`col1` int(11) DEFAULT NULL,

PRIMARY KEY (`id`),

KEY `name` (`name`)

) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1 ROW_FORMAT=COMFORT

1 row in set (0.00 sec)

实现方法

AliSQL设计了一种新的记录格式，命名为comfort，其格式从compact演化而来：

Compact行记录的格式:



变长字段长度列表：如果列的长度小于255字节，用1字节表示；如果大于255个字节，用2字节表示。

NULL标志位：表明该行数据是否有NULL值。占一个字节。

记录头信息：固定占用5字节,每位的含义见下表：

名称

大小(bit)

描述

()

1

未知

()

1

未知

delete_flag

1

该行是否已被删除

min_rec_flag

1

为1，如果该记录是预先被定义为小的记录

n_owned

4

该记录拥有的记录数

heap_no

13

索引堆中该记录的排序记录

record_type

3

记录类型，000表示普通，001表示B+树节点指针，010表示infimum，011表示supermum，1xx表示保留

next_record

16

页中下一条记录的相对位置

新的Comfort记录格式如下：

[Lens | N_nulls | N_fields | Extra_bytes | columns...]

其中：

Extra_bytes中info_bits占用一个bit来标识comfort记录，即记录头中未使用的2个bit中的其中一个。

新增N_fields占用1或者2个Bytes来标识当前记录的column数量:

当记录数小于128个时，占用1个Bytes

当大于等于128时，使用2个Bytes。

实现逻辑

假设变更的case如下：

CREATE TABLE `test` (

`id` int(11) NOT NULL,

`name` varchar(100) DEFAULT NULL,

PRIMARY KEY (`id`),

KEY `name` (`name`)

) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1 ROW_FORMAT=COMFORT；

alter table test add col1 int;

1. alter变更

1. 变更数据字典SYS_TABLES中的n_cols字段，即更新column数量

InnoDB的变更语句如下：

trx->op_info = "Updating column in SYS_TABLES";

/* N_COLS include compact format bit.*/

error = que_eval_sql(

info,

"PROCEDURE UPDATE_SYS_TABLES_PROC () IS\n"

"BEGIN\n"

"UPDATE SYS_TABLES SET N_COLS=N_COLS+1\n"

"WHERE ID=:table_id;\n"

"END;\n",

FALSE, trx);

2.变更数据字典SYS_COLUMNS，新增一条记录，即新增的column

InnoDB的变更语句如下：

trx->op_info = "inserting column in SYS_COLUMNS";

error = que_eval_sql(

info,

"PROCEDURE INSERT_SYS_COLUMNS_PROC () IS\n"

"BEGIN\n"

"INSERT INTO SYS_COLUMNS VALUES\n"

"(:table_id, :pos, :name, :mtype, :prtype, :len, :prec);\n"

"END;\n",

FALSE, trx);

3. 变更dictionary cache中的dict_table_t对象

新的column需要追加到dict_table_t定义的column数组中，

变更前：

table->columns:

(id, name, row_id, trx_id, undo_ptr)

变更后：

table->columns:

(id, name, col1, row_id, trx_id, undo_ptr)

其代码如下：

/* The new column will be added into after user_def cols,

before SYS_COLS(ROW_ID, TRX_ID, ROLL_PTR) in dict_table_t */

for (ulint i= 0; i < n_cols; i++) {
col = (dict_col_t*)save_cols + i;

if (i == n_cols - DATA_N_SYS_COLS) {
dict_mem_table_add_col(user_table, user_table->heap,

field->field_name,

mtype, prtype, len);

}

dict_mem_table_add_col(user_table, user_table->heap,

col_name,

col->mtype, col->prtype, col->len);

new_col = dict_table_get_nth_col(user_table, user_table->n_def - 1);

dict_col_copy_ord_prefix(new_col, col);

}

4. 变更Dictionary Cache中的dict_index_t对象(Cluster index)

变更前：

Primary key的field数组如下:

(id, trx_id, undo_ptr, name)

变更后：

Primary key的field数组如下:

(id, trx_id, undo_ptr, name， col1)

其代码如下：

/*The new column will added into after last field in dict_index_t */

for (ulint i = 0; i < n_fields; i++) {
dfield = (dict_field_t*)(save_fields) + i;

if (dfield->col->ind < n_cols - DATA_N_SYS_COLS) {
col = dict_table_get_nth_col(user_table, dfield->col->ind);

} else {
col = dict_table_get_nth_col(user_table, dfield->col->ind + 1);

}

dict_index_add_col(clust_index, user_table, col, dfield->prefix_len);

}

col = dict_table_get_nth_col(user_table, n_cols - DATA_N_SYS_COLS);

5. 变更Dictionary Cache中的dict_index_t对象(Secondary index)

变更前：

secondary index的field数组：(name, id)

变更后：

secondary index的field数组：(name, id)

在变更前后，二级索引所对应的fields没有发生变化，fields所对应的column的位置也没有变更，只是因为dict_table_t对象的columns对象重建了，所以需要变更一下field做引用的culumn，这里需要reload一下即可。

对比Online和Dynamic方式

InnoDB原生的Online方式的步骤大致是：

持有exclusive MDL lock，

根据变更后的表结构新建临时表，

新建log表，记录原表的变更

MDL降级为shared 锁，原表允许DML，

copy数据到新的临时表，并持续copy log表中的记录

MDL升级为exclusive

apply完log表中所有的记录，并rename表

删除老表，完成变更

InnoDB新的Dynamic方式的步骤大致是：

持有exclusive MDL lock，

降级为shared的锁，允许DML

升级为exclusive锁

变更数据字典(SYS_TABLES, SYS_COLUMNS)

变更数据字典缓存(dict_table_t, dict_index_t)

释放MDL锁

测试情况：

Compact格式的表加字段，共计20W多条记录的情况下，耗时25.98s。



Comfort格式的表加字段，共计20W多条记录的情况下，耗时0.01s。



总结

动态加字段能够在不copy记录的情况下，秒级完成结构的变更，大大方便了运维DBA人员的日常变更，这个功能patch已经开源在AliSQL版本。

如果有兴趣，可以关注AliSQL的开源项目：https://github.com/alibaba/AliSQL

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