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使用限制 使用场景的限制： 部分场景下增加、删除、重命名（MySQL 8.0.28之后）列。 设置或删除列的默认值。 修改ENUM或SET列的定义。 更改索引的类型（BTREE | HASH）。 增加或删除虚拟列。 表名重命名。 添加或删除列的限制： 不支持有其他INSTANT语句在同一行的操作在同一条语句的情况。 新增列将会放到最后，不支持改变列的顺序（MySQL 8.0.29后支持任意位置加列）。 不支持在行格式为COMPRESSED的表上快速加列或删除。 不支持在已经有全文索引的表上快速加列或删除。 不支持在临时表上快速加列或删除。 重命名列的限制： 不支持重命名被其他表引用的列。 不支持重命名列的操作与生成或者删除虚拟列在同一个语句中。 修改ENUM或SET列的限制： 不支持ENUM或者SET列数据类型占用的存储空间发生变化。 增加或删除虚拟列的限制： 不支持对分区表的增加或删除操作。
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新的数据字典信息 在执行instant add column的过程中，MySQL会将第一次intant add column之前的字段个数以及每次加的列的默认值保存在tables系统表的“se_private_data”字段中。 dd::Table::se_private_data::instant_col：第一次instant add column之前表上的列的个数。 dd::Column::se_private_data::default_null：标识instant column的默认值是否为NULL。 dd::Column::se_private_data::default：当instant column的默认值不是NULL时存储具体的默认值，column default value需要从InnoDB类型byte转换成“se_private_data”中的char类型。
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背景 通常情况下大表的DDL操作都会对业务产生很大的影响，需要在业务低峰期做。MySQL 5.7支持原生DDL工具Copy和Inplace算法、以及开源DDL工具gh-ost，减少了DDL期间DML操作被阻塞的情况。但是大表DDL仍然需要花费很长时间。 instant秒级加列算法，让添加列的时候不在需要rebuild整个表，只需要在表的metadata中记录新增列的基本信息即可，可以很快执行完成。但是目前支持的DDL操作有限。
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载入数据字典 MySQL从系统表读取表定义时，会将instant column相关的信息载入到InnoDB的表对象“dict_table_t”和索引对象“dict_index_t”中。 dict_table_t::n_instant_cols：第一次instant add column之前的非虚拟字段个数（包含系统列）。 dict_index_t::instant_cols：用于标示是否存在Instant column。 dict_index_t::n_instant_nullable：第一次instant add column之前的可为NULL的字段个数。 dict_col_t::instant_default：存储instant列默认值及其长度。
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记录格式 为了支持instant add column，针对COMPACT和DYNAMIC类型引入了新的记录格式，主要为了记录字段的个数信息。 如果没有执行过instant add column操作，则表的行记录格式保持不变。 如果执行过instant add column操作，则所有新的记录都会设置一个特殊的标记，同时在记录内存储字段的个数。 INSTANT_FLAG使用了info bits中的一个bit位，如果记录是第一次instant add column之后插入的，该flag被设置为1。 图1 记录格式
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DDL工具简介 MySQL 5.6之前数据库中对大表的表结构修改的DDL操作通常会引发DML语句阻塞，复制延迟升高等问题，导致数据库对外呈现出一种“异常”的状态。本文介绍了MySQL原生的数据库DDL方式Copy和Inplace算法、开源工具gh-ost以及MySQL 8.0新增的Instant秒级加列的算法的原理，使用限制，适用场景等。 MySQL原生的Copy算法由于在拷贝数据的过程中对源表加MDL写锁，导致DML语句被长时间阻塞，已经不推荐使用。 Inplace算法相比Copy算法有很大的改进，采用在原表上进行更改的方法，不需要生成临时表，占用的额外空间小。同时Inplace操作只需要短暂的持有MDL写锁，不会造成DML操作被长时间阻塞。但是对大表的表结构修改，依然要消耗大量的时间，导致备机在回放DDL语句时产生较大的复制延迟。 开源gh-ost将一个DDL操作拆分成多个小操作，减少单次操作的时间来降低复制延迟。同时只有在最后rename镜像表和原表的过程中才会短暂阻塞读写操作。gh-ost基于Binlog回放增量数据，同时额外维护了额外的心跳表来记录DDL执行过程，支持临时暂停DDL过程。这些机制导致gh-ost的执行时间比原生的DDL算法略长。 MySQL 8.0之后提出的instant秒级加列算法，不再需要rebuild整个表，只需要在表的metadata中记录新增列的基本信息即可。这种方式将大表的加列操作降低到了秒级。但是目前这种方式的应用场景只局限在添加列，设置列默认值，删除列默认值，修改ENUM/SET列的定义等少量DDL场景。 根据每种算法和工具的特点，建议在可以使用instant算法的DDL场景和版本下，尽可能使用instant算法来减少DDL对整个业务的影响。此外的其他情况，如果客户是主备或含有只读实例的场景，且对复制延迟带来的影响容忍较低的情况下，使用gh-ost工具来进行DDL操作。如果客户需要快速变更表结构，可以容忍短时间的主备不一致的问题，用Inplace算法可以满足需求。Copy算法由于会长时间阻塞DML操作，占用大量磁盘空间，且执行时间较长，目前在可以应用其他算法和工具的场景下不推荐使用。 表1 DDL工具说明 方法 MySQL Copy MySQL Inplace gh-ost instant DDL过程中读取数据 允许 允许 允许 允许 DDL过程中写入数据 不允许 允许（短暂时间不允许） 允许（短暂时间不允许） 允许 额外空间占用 大 小（需要rebuild会略高） 大 小 执行时间 非常长 长 非常长 短 复制延迟 大 大 小 小 父主题： MySQL Online DDL工具使用
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测试步骤 创建4张表，表结构如下： CREATE TABLE if not exists users ( `rid` bigint(20) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT, `nid` bigint(20) DEFAULT NULL, `level` int(11) DEFAULT NULL, `vip` int(11) DEFAULT NULL, `vip_exp` int(11) DEFAULT NULL, `reg_channel` int(11) DEFAULT NULL, `guild_id` bigint(20) unsigned DEFAULT '0', `guild_open` tinyint(1) DEFAULT '0', `forbid_login_time` bigint(20) DEFAULT NULL, `forbid_talk_time` bigint(20) DEFAULT NULL, `ctime` bigint(20) DEFAULT NULL, `mtime` datetime(3) DEFAULT NULL, `last_offline_time` bigint(20) DEFAULT NULL, `friend_open` tinyint(1) DEFAULT '0', `user_data_str` mediumblob, `name` varchar(64) DEFAULT NULL, `db_fix_version` int(10) DEFAULT '0', PRIMARY KEY (`rid`), KEY `idx_users_99_nid` (`nid`), KEY `idx_users_99_level` (`level`), KEY `idx_users_99_ctime` (`ctime`), KEY `idx_users_99_mtime` (`mtime`), KEY `idx_users_99_last_offline_time` (`last_offline_time`), KEY `idx_users_99_name` (`name`) ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4393751571200 DEFAULT CHARSET=utf8mb4; 分别给每张表插入3000万行数据。 使用MySQL原生copy算法在表1中添加一列，并在执行过程中建立新会话执行select，update，insert操作10万条数据。 使用MySQL原生inplace算法在表2添加一列，并在执行过程中建立新会话执行select，update，insert操作10万条数据。 使用gh-ost工具在表3中添加一列，并在执行过程中建立新会话执行select，update，insert操作10万条数据。 记录DDL和DML语句执行时间。 表1 测试数据（单位：s） 执行操作 MySQL Copy MySQL Inplace gh-ost 增加一列 1294.29 755.52 1876.79 select 1.35 1.29 1.29 update 1266.78 0.19 0.11 insert 1296.19 7.47 4.49
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Copy算法 按照原表定义创建一个新的临时表。 对原表加写锁（禁止DML）。 在1建立的临时表执行DDL。 将原表中的数据copy到临时表。 释放原表的写锁。 将原表删除，并将临时表重命名为原表。 采用copy方式期间需要锁表，禁止DML写操作。当Lock = Shared时允许读操作，不允许写操作；当Lock = Exclusive时，读写操作都被禁止，因此不能实现Online。但这种方法可以应用在几乎全部DDL场景下。
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Inplace算法 Inplace采用在原表上进行更改的方法，不需要生成临时表，不需要进行数据copy的过程。可分为两类： rebuild：需要重建表（重新组织聚簇索引）。比如optimize table、添加索引、添加/删除列、修改列NULL/NOT NULL属性等。 no-rebuild：不需要重建表，只需要修改表的元数据，比如删除索引、修改列名、修改列默认值、修改列自增值等。 对于rebuild方式实现Online是通过缓存DDL期间的DML，待DDL完成之后，将DML应用到表上来实现的。由于MDL写锁在拷贝数据期间降为MDL读锁，DML操作在DDL执行期间几乎不会被阻塞。
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Inplace算法使用限制 Inplace算法支持大部分DDL操作，只有少数场景下只能利用Copy算法。 不支持删除主键，但不同时添加另外一个主键。 不支持更改横的数据类型。 不支持扩展varchar列的长度从小于256位到大于256位，因为占用的空间从1个字节会变更到2个字节。不支持减少varchar类型列的长度。 不支持修改virtual column和stored column的顺序。 不支持在参数foreign_key_checks = 1时添加外键约束。 不支持对表进行分区，优化分区，删除分区。
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背景 通常情况下大表的DDL操作都会对业务产生很大的影响，需要在业务低峰期做。MySQL 5.7支持原生DDL工具Copy和Inplace算法、以及开源DDL工具gh-ost，减少了DDL期间DML操作被阻塞的情况。但是大表DDL仍然需要花费很长时间。 instant秒级加列算法，让添加列的时候不在需要rebuild整个表，只需要在表的metadata中记录新增列的基本信息即可，可以很快执行完成。但是目前支持的DDL操作有限。
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使用限制 使用场景的限制： 部分场景下增加、删除、重命名（MySQL 8.0.28之后）列。 设置或删除列的默认值。 修改ENUM或SET列的定义。 更改索引的类型（BTREE | HASH）。 增加或删除虚拟列。 表名重命名。 添加或删除列的限制： 不支持有其他INSTANT语句在同一行的操作在同一条语句的情况。 新增列将会放到最后，不支持改变列的顺序（MySQL 8.0.29后支持任意位置加列）。 不支持在行格式为COMPRESSED的表上快速加列或删除。 不支持在已经有全文索引的表上快速加列或删除。 不支持在临时表上快速加列或删除。 重命名列的限制： 不支持重命名被其他表引用的列。 不支持重命名列的操作与生成或者删除虚拟列在同一个语句中。 修改ENUM或SET列的限制： 不支持ENUM或者SET列数据类型占用的存储空间发生变化。 增加或删除虚拟列的限制： 不支持对分区表的增加或删除操作。
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载入数据字典 MySQL从系统表读取表定义时，会将instant column相关的信息载入到InnoDB的表对象“dict_table_t”和索引对象“dict_index_t”中。 dict_table_t::n_instant_cols：第一次instant add column之前的非虚拟字段个数（包含系统列）。 dict_index_t::instant_cols：用于标示是否存在Instant column。 dict_index_t::n_instant_nullable：第一次instant add column之前的可为NULL的字段个数。 dict_col_t::instant_default：存储instant列默认值及其长度。
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记录格式 为了支持instant add column，针对COMPACT和DYNAMIC类型引入了新的记录格式，主要为了记录字段的个数信息。 如果没有执行过instant add column操作，则表的行记录格式保持不变。 如果执行过instant add column操作，则所有新的记录都会设置一个特殊的标记，同时在记录内存储字段的个数。 INSTANT_FLAG使用了info bits中的一个bit位，如果记录是第一次instant add column之后插入的，该flag被设置为1。 图1 记录格式
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