alisql mysql_AliSQL · 特性介绍 · 动态加字段
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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