背景

加字段作为业务需求变更中最常见的需求，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：

  1. CREATE TABLE test(
  2. id int primary key,
  3. name varchar(100),
  4. key(name)
  5. )ENGINE=InnoDB  ROW_FORMAT=comfort;
  7. 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。

  1. mysql> show create table test\G;
  2. *************************** 1. row ***************************
  3.        Table: test
  4. Create Table: CREATE TABLE `test` (
  5.   `id` int(11) NOT NULL,
  6.   `name` varchar(100) DEFAULT NULL,
  7.   `col1` int(11) DEFAULT NULL,
  8.   PRIMARY KEY (`id`),
  9.   KEY `name` (`name`)
  10. ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1 ROW_FORMAT=COMFORT
  11. 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:

compact.png

  • 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_flag1该行是否已被删除
min_rec_flag1为1，如果该记录是预先被定义为最小的记录
n_owned4该记录拥有的记录数
heap_no13索引堆中该记录的排序记录
record_type3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_record16页中下一条记录的相对位置

新的Comfort记录格式如下：

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

其中：

  1. 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。
  2. 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：

  1. CREATE TABLE `test` (
  2.   `id` int(11) NOT NULL,
  3.   `name` varchar(100) DEFAULT NULL,
  4.   PRIMARY KEY (`id`),
  5.   KEY `name` (`name`)
  6. ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1 ROW_FORMAT=COMFORT；
  8. 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：

  1.      trx->op_info = "Updating column in SYS_TABLES";
  2.      /* N_COLS include compact format bit.*/
  3.      error = que_eval_sql(
  4.              info,
  5.              "PROCEDURE UPDATE_SYS_TABLES_PROC () IS\n"
  6.              "BEGIN\n"
  7.              "UPDATE SYS_TABLES SET N_COLS=N_COLS+1\n"
  8.              "WHERE ID=:table_id;\n"
  9.              "END;\n",
  10.              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：

  1.        trx->op_info = "inserting column in SYS_COLUMNS";
  2.        error = que_eval_sql(
  3.                info,
  4.                "PROCEDURE INSERT_SYS_COLUMNS_PROC () IS\n"
  5.                "BEGIN\n"
  6.                "INSERT INTO SYS_COLUMNS VALUES\n"
  7.                "(:table_id, :pos, :name, :mtype, :prtype, :len, :prec);\n"
  8.                "END;\n",
  9.                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：

  1.       /* The new column will be added into after user_def cols,
  2.       before SYS_COLS(ROW_ID, TRX_ID, ROLL_PTR) in dict_table_t */
  3.       for (ulint i= 0; i < n_cols; i++) {
  4.               col = (dict_col_t*)save_cols + i;
  5.               if (i == n_cols - DATA_N_SYS_COLS) {
  6.                       dict_mem_table_add_col(user_table, user_table->heap,
  7.                                       field->field_name,
  8.                                       mtype, prtype, len);
  9.               }
  10.               dict_mem_table_add_col(user_table, user_table->heap,
  11.                                       col_name,
  12.                                       col->mtype, col->prtype, col->len);
  13.               new_col = dict_table_get_nth_col(user_table, user_table->n_def - 1);
  14.               dict_col_copy_ord_prefix(new_col, col);
  15.       }

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：

  1.        /*The new column will added into after last field in dict_index_t */
  2.        for (ulint i = 0; i < n_fields; i++) {
  3.                dfield = (dict_field_t*)(save_fields) + i;
  4.                if (dfield->col->ind < n_cols - DATA_N_SYS_COLS) {
  5.                        col = dict_table_get_nth_col(user_table, dfield->col->ind);
  6.                } else {
  7.                        col = dict_table_get_nth_col(user_table, dfield->col->ind + 1);
  8.                }
  9.                dict_index_add_col(clust_index, user_table, col, dfield->prefix_len);
  10.        }
  11.        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：

  1. 持有exclusive MDL lock，
  2. 根据变更后的表结构新建临时表，
  3. 新建log表，记录原表的变更
  4. MDL降级为shared 锁，原表允许DML，
  5. copy数据到新的临时表，并持续copy log表中的记录
  6. MDL升级为exclusive
  7. apply完log表中所有的记录，并rename表
  8. 删除老表，完成变更

InnoDB新的Dynamic方式的步骤大致是：

  1. 持有exclusive MDL lock，
  2. 降级为shared的锁，允许DML
  3. 升级为exclusive锁
  4. 变更数据字典（SYS_TABLES, SYS_COLUMNS）
  5. 变更数据字典缓存（dict_table_t, dict_index_t）
  6. 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。 y.png

Comfort格式的表加字段，共计20W多条记录的情况下，耗时0.01s。 x.png

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