概述
一般来说数据库结构一经设计，不能轻易更改，因为更改DDL（Data Definition Language）操作代价很高，所以在进行数据库结构设计时需要谨慎。
但是业务发展是未知的，特别是那些变化很大的业务，所以不可避免的需要修改数据库结构，本文主要对MySQL5.6+ InnoDB存储引擎字段的修改进行探讨。
对于不同的场景，所使用的方式也会大不相同，尤其是修改百万级，千万级的表字段时，要特别注意。
DDL操作类型
数据库结构的DDL操作总体来说有如下几种：
- 索引操作（Index Operations）
- 键操作（Primary Key Operations）
- 列操作（Column Operations）
- 外键操作（Foreign Key Operations）
- 表操作（Table Operations）
- 分区操作（Partitioning Operations）
本文主要对列操作（Column Operations）进行探讨，其他更详细的信息参考MySQL官方英文文档
Online DDL操作
简述
本文探讨的是Online DDL操作，MySQL5.6以上支持，相较于一般DDL，它在实现修改表结构的同时，依然允许DML操作（SELECT,INSERT,UPDATE,DELETE）。
Online DDL主要有两种方式：IN PLACE和COPY。
IN PLACE：直接在原表上进行修改，相比于COPY方式可以避免重建表带来的IO和CPU消耗，有更好的性能并支持并发DML操作COPY：创建修改后的临时表，然后将原表的数据复制到临时表，执行期间不允许并发DML写操作，否则会导致脏数据。
在MySQL之前，我们一般使用COPY的方式，借助临时表，手动修改。
需要注意的是：并不是所有的Online DDL操作都支持IN PLACE方式。
MySQL InnoDB数据存储方式
在MySQL中，一张表的数据分为两种，一种是结构数据，记录者站表包含哪些字段，哪些数据类型，另一种是记录数据，保存每天记录的原始数据。它们是用不同的文件进行存储的。
在mysql指定的data_dir数据存储目录可以看到每张表对应一个frm文件，这个文件就是存放着表的结构数据。
INPLACE方式详细介绍
对于添加索引，添加/删除列、修改列NULL/NOT NULL属性等操作，需要修改MySQL内部的数据记录，对这类操作进行Online DDL操作时，需要重建表（rebuild）。
相反，对于删除索引，修改列默认值，修改列名等操作不需要修改MySQL内部的数据记录，只需要修改结构数据frm文件，而不需要重建表（no-rebuild）。
另外，在进行Online DDL操作期间，不同的操作可以选择不同的锁机制。主要有以下几种锁机制：
LOCK=DEFAULT：默认方式，MySQL自行判断使用哪种LOCK模式，尽量不锁表LOCK=NONE：无锁：允许Online DDL期间进行并发读写操作。如果Online DDL操作不支持对表的继续写入，则DDL操作失败，对表修改无效LOCK=SHARED：共享锁：Online DDL操作期间堵塞写入，不影响读取LOCK=EXCLUSIVE：排它锁：Online DDL操作期间不允许对锁表进行任何操作
无论任何模式下，Online DDL操作开始都需要一小段时间的排它锁来准备环境，用于等待该表上的其他操作执行完毕，此时Online DDL操作会提示：waiting meta data lock。
同样在Online DDL操作结束之前，也会等待Online DDL操作期间的事务完成，此时也会出现排它锁。
所以需要确保在执行Online DDL之前和执行期间没有大型DML事务占用该表，否则会出现长时间锁表甚至死锁。
Online DDL各种列操作情况
从上面的介绍可以看出，不同的DDL操作，执行的具体细节大不相同，详见下表：
| Operation | In Place | Rebuilds Table | Permits Concurrent DML | Only Modifies Metadata |
|---|---|---|---|---|
| Adding a column | Yes | Yes | Yes* | No |
| Dropping a column | Yes | Yes | Yes | No |
| Renaming a column | Yes | No | Yes* | Yes |
| Reordering columns | Yes | Yes | Yes | No |
| Setting a column default value | Yes | No | Yes | Yes |
| Changing the column data type | No | Yes | No | No |
| Extending VARCHAR column size | Yes | No | Yes | Yes |
| Dropping the column default value | Yes | No | Yes | Yes |
| Changing the auto-increment value | Yes | No | Yes | No* |
| Making a column NULL | Yes | Yes* | Yes | No |
| Making a column NOT NULL | Yes* | Yes* | Yes | No |
| Modifying the definition of an ENUM or SET column | Yes | No | Yes | Yes |
其中各列指标解释如下：
In Place：是否支持In Place方式，Yes为优选方案Re Builds Table：是否需要重建表，不重建（No）为优选方案Permits Concurrent DML：是否允许并发DML操作，允许（Yes）为优选方案Only Modifies Metadata：是否值修改表结构数据，即只修改frm文件
列操作方式
下面列举常用的列操作的执行方法以及注意事项。
添加列（Adding a column）
为表添加一列的方法如下：
ALTER TABLE tbl_name
ADD COLUMN column_name column_definition, ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;
添加列时如果附加auto increment选项，则不允许并发DML操作，此操作会重建表，开销巨大。最优化选项是指定：ALGORITHM=INPLACE, LOCK=SHARED。
删除列（Dropping a column）
ALTER TABLE tbl_name
DROP COLUMN column_name, ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;
重命名列名（Renaming a column）
ALTER TABLE tbl
CHANGE old_col_name new_col_name data_type, ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;
如果你的目的只是修改列名，一定要保证修改后的列的数据类型，NULL/NOT NULL等属性和原来的列一致。
该操作建议指定INPLACE方式，这样只会更新frm文件，即使修改的列名是外键。
重新排列列顺序（Reordering columns）
ALTER TABLE tbl_name
MODIFY COLUMN col_name column_definition FIRST, ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;
该操作费力不讨好，不建议对数据量超过百万级的大表进行操作，它会对表重建。
修改列数据类型（Changing the column data type）
ALTER TABLE tbl_name
CHANGE c1 c1 BIGINT, ALGORITHM=COPY;
修改数据类型只支持COPY方式。
修改列的默认值（Setting a column default value）
ALTER TABLE tbl
ALTER COLUMN col DROP DEFAULT, ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;
修改列的自增熟悉（Changing the auto-increment value）
ALTER TABLE table
AUTO_INCREMENT=next_value, ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;
该操作用于修改下一条记录的自增值，只会修改内存中的值，而不会修改数据文件。
对于分布式系统，经常需要手动制定开始自增的值，可以使用该方法。
修改NULL/NOT NULL属性（Making a column NULL and Making a column NOT NULL）
-- Making a column NULL
ALTER TABLE tbl_name
MODIFY COLUMN column_name data_type NULL, ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;
-- Making a column NOT NULL
ALTER TABLE tbl_name
MODIFY COLUMN column_name data_type NOT NULL, ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;
因为设置列为NULL时，该列在原有数据类型空间的基础上增加一个直接来存储是否为NULL，所以需要重建表。
当把NULL的列设为NOT NULL时，如果有记录为NULL，则该操作会失败。
修改ENUM或SET的定义（Modifying the definition of an ENUM or SET column）
CREATE TABLE t1 (c1 ENUM('a', 'b', 'c'));
ALTER TABLE t1 MODIFY COLUMN c1 ENUM('a', 'b', 'c', 'd'), ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;
该方式用于修改一个枚举或者集合的值，对于在尾部增加枚举或者集合值的情况，如果增加之后存储空间没有变化，就可以使用IN PLACE方式。
反之如果存储空间发生变化，如从2个字节便到三个字节，或者在中间添加值，那么就需要COPY的方式。
对于那种值的个数不确定或者枚举名称变化的场景，建议使用tinyint代替ENUM或者SET来进行存储。
实际中如何执行DDL修改
综合上述，可以得出常用的三种方法。
Online DDL
通过执行ALTER等命令直接修改。适用的情况如下：
- 表中数据量较小，低于百万级别
- 需要MySQL5.6+以上
- 能够忍受长时间不提供服务的百万级表，需要一小时以内
手动修改frm文件
该方式适用于不支持Online DDL的场景，只能执行Only Modifies Metadata部分的DDL修改。修改方法如下：
首先找到MySQL数据存储路径，可从进程信息中查看：
# 查找mysql进程信息
ps aux|grep mysql
查到当前数据库的数据存储目录，然后cd到所看到的frm表结构文件目录，备份需要处理的frm文件。
在数据库创建一个类似的数据表，然后修改该表，再把该表的frm文件和原来的表的frm文件替换。
-- mysql中创建临时表
create table tbl_temp like tbl;
-- 修改临时表
ALTER TABLE tbl
ADD COLUMN `count` bigint(20) NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '';
-- 锁表
flush tables with write lock;
-- 备份源文件
cp tbl.frm tbl.frm.bak
# 替换数据结构文件frm
cp tbl_temp.frm tbl.frm
-- mysql移除读锁
unlock tables;
-- 测试修改是否成功
select * from tbl limit 1;
-- 如果出现错误，导致连接丢失等，可以回滚
flush tables with write lock;
cp tbl.frm.bak tbl.frm
unlock tables;
手动执行COPY方式
通过复制临时表，然后修改临时表，再把原表中的数据复制到临时表中，并切换临时表和原表。
当需要对原表中数据进行额外的处理时，只能选择此方式，该方式会造成大量的磁盘IO，并且执行期间不允许写入。
对于千万级别的表，可以分批进行复制，使用一些策略来允许迁移过程中的写入。
执行修改时需要考虑的因素
首先需要对执行的表数据量进行确认，如果数据量超过百万级甚至千万级，需要检查下面的事项：
- 当前系统内存容量充足
- 当前系统内存使用情况良好
- 当前系统CPU使用空闲
- 执行修改期间是否允许停止服务
- 是否有其他关联的数据库，保证数据一致性
如果有一些遗漏的点，欢迎大家补充，这样也能够在以后遇到类似问题的时候提供参考。
文章已经同步到个人博客：http://uusama.com/866.html，过两天把其他的Online DDL操作测试之后再加上。（个把月没写文章了，已然懒得像一坨咸鱼）