簡介

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從InnoDB邏輯存儲結(jié)構(gòu)來看，InnoDB所有數(shù)據(jù)都存放到在一個(gè)空間中，稱之為表空間。如圖所示，表空間由段、區(qū)、頁組成。

表空間

表空間可以看做是InnoDB存儲引擎邏輯結(jié)構(gòu)的最外層。之前的文章Mysql——InnoDB存儲引擎架構(gòu)就已經(jīng)介紹過了，表空間分為系統(tǒng)表空間、獨(dú)立表空間、常規(guī)表空間、undo獨(dú)立表空間、共享臨時(shí)表空間。

段

表空間是由各個(gè)段組成的，常見的段有數(shù)據(jù)段、索引段、回滾段等。

• 數(shù)據(jù)段：B+樹的葉子節(jié)點(diǎn)；
• 索引段：B+樹的中間節(jié)點(diǎn)；
• 回滾段：記錄undo log。

區(qū)

段是由各個(gè)區(qū)組成的，而區(qū)是由多個(gè)頁組成的，在任何情況下每個(gè)區(qū)的大小都為1M。為了保證區(qū)中頁的連續(xù)性，InnoDB存儲引擎申請空間是按區(qū)為單位申請（一次從磁盤申請4~5個(gè)區(qū)）。默認(rèn)的情況下，InnoDB中頁的大小=16KB，即一個(gè)區(qū)有64個(gè)連續(xù)頁。

當(dāng)然Mysql 5.7中InnoDB存儲引擎時(shí)支持頁的壓縮，每個(gè)頁的大小可能是2K、4K、8K、16K，所以每個(gè)區(qū)對應(yīng)頁的數(shù)量變成64~512之間。

考慮這樣的一個(gè)問題，在用戶啟用了參數(shù)innodb_file_per_table后，創(chuàng)建的表默認(rèn)大小為96K，上面說到每個(gè)區(qū)的是連續(xù)的64個(gè)頁，創(chuàng)建表的時(shí)候應(yīng)該是1M才對？

其實(shí)是每個(gè)段開始的時(shí)候，會先用32個(gè)頁大小的碎片頁來存放數(shù)據(jù)（也就是說創(chuàng)建表的時(shí)候默認(rèn)會用到6個(gè)碎片頁），當(dāng)著32個(gè)碎片頁用完的時(shí)候才會申請連續(xù)的64個(gè)頁。對于一些小表來說，可以再開始的時(shí)候申請較少的空間，節(jié)省磁盤空間。

頁

頁是InnoDB磁盤管理的最小單位，默認(rèn)的情況下，InnoDB中頁的大小=16KB，數(shù)據(jù)庫一開始可以通過innodb_page_size將頁的大小設(shè)置為4K、8K、16K，但是一旦數(shù)據(jù)庫表被創(chuàng)建了，后面就不能再修改了。
常見的頁類型有：

• 索引、數(shù)據(jù)頁（B+Tree Node）；
• undo頁（undo log Page）；
• 系統(tǒng)頁（System Page）；
• 事務(wù)數(shù)據(jù)頁（Transaction system Page）;
• 插入緩沖位圖頁（Insert Buffer Bitmap）；
• 插入緩沖空閑列表頁（Insert Buffer Free List）;
• 未壓縮的二進(jìn)制大對象頁（Uncompressed BLOB Page）；
• 壓縮的二進(jìn)制大對象頁（Compressed BLOB Page）。

索引、數(shù)據(jù)頁結(jié)構(gòu)

即InnoDB存儲引擎B+樹的節(jié)點(diǎn)。InnoDB的數(shù)據(jù)頁由以下7個(gè)部分組成：

• File Header（文件頭）：38字節(jié)，用來記錄頁的頭部信息，由8個(gè)部分組成。

頁的類型主要有以下幾種：

• Page Header（頁頭）：56字節(jié)，用來記錄數(shù)據(jù)頁的狀態(tài)信息，由14個(gè)部分組成。

• Infimun和Supremum Records：屬于InnoDB存儲引擎每個(gè)頁中的兩個(gè)虛擬行記錄，用來限定記錄的邊界。Infimun：下界，表示比任何主鍵值還要小的值；Supremum：上界，表示比任何主鍵值還要大的值；這兩個(gè)值在頁創(chuàng)建的時(shí)候被建立，在任何情況下都不會被刪除。
• User Records（行記錄）：用戶實(shí)際存儲的行記錄。
• Free Space（空閑空間）：頁的空閑空間。
• Page Directory（頁目錄）：存放記錄的相對位置的指針，這些指針可以稱之為Slots(槽)。在InnoDB中并不是每個(gè)記錄都擁有一個(gè)Slot，而是一個(gè)稀疏目錄，也就是說一個(gè)Slot可能包含多個(gè)記錄。在Slots中記錄是按照索引鍵值順序存放的，這樣可以利用二叉查找樹迅速查找到對應(yīng)的Slot。用戶查找數(shù)據(jù)的時(shí)候先通過B+樹找到對應(yīng)的頁，然后將頁加載到內(nèi)存，然后通過Page Directory進(jìn)行二叉查找，找到對應(yīng)的Slot，然后通過該Slot指向的記錄進(jìn)行next_record繼續(xù)查找相對應(yīng)的記錄。

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• File Trailer（文件結(jié)尾信息）：8字節(jié)，為了檢測頁是否已經(jīng)完整寫入磁盤（如可能發(fā)生寫入過程中磁盤損壞，機(jī)器關(guān)機(jī)等）。

行

在InnoDB存儲引擎中，表都是根據(jù)主鍵順序組織存放的，即按照主鍵作為索引鍵值，因此InnoDB存儲引擎中的表實(shí)際上就是顆B+Tree，樹的節(jié)點(diǎn)存放的是索引、數(shù)據(jù)頁，其中葉子節(jié)點(diǎn)存放的是數(shù)據(jù)，非葉子節(jié)點(diǎn)存放的是索引，每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)包含多行數(shù)據(jù)。
InnoDB存儲引擎對每個(gè)頁數(shù)據(jù)的存放是有硬性要求的，最多允許16KB/2 - 200 = 7992行數(shù)據(jù)，最少需要2行數(shù)據(jù)。

行記錄格式

InnoDB存儲引擎提供了Redundant、Compact（Mysql5.1 默認(rèn)）、Dynamic（Mysql5.7 默認(rèn)）、Compressed四種格式來存放行記錄，可以使用show table status;查看表中的行記錄格式。

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Compact行記錄格式

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上圖展示了Compact行記錄格式，主要有以下幾部分：

• 變長字段列表：存儲變長字段的長度，按照列的順序逆序來存儲；如果列的長度<255，用1個(gè)字節(jié)表示；否則使用2個(gè)字節(jié)表示（注意，VARCHAR最大長度為65535）；

• NULL標(biāo)志位：表示改行數(shù)據(jù)是否有空值，有則用1表示，該部分占用1個(gè)字節(jié)；

• 記錄頭信息：固定5個(gè)字節(jié)。存儲格式如下：

  名稱	空間(bit)	說明
  ()	1	未知
  ()	1	未知
  delete_flag	1	該行是否被刪除
  min_rec_flag	1	如果等于1，該記錄是預(yù)先被定義為最小的記錄
  n_owned	4	該記錄擁有的記錄數(shù)
  heap_no	13	索引堆中該條記錄的排序記錄
  record_type	3	記錄類型： 000表示普通 001表示B+樹節(jié)點(diǎn)指針 010表示Infimum 011表示Supremun 1XX表示保留
  next_record	16	頁中下一條記錄的相對位置

• 實(shí)際存儲每個(gè)列的數(shù)據(jù)；

需要注意的是如果某個(gè)列的值為NULL，則不占任何空間（除了占有NULL標(biāo)志位，為1）。

每行數(shù)據(jù)除了用戶定義的以外，還有兩個(gè)隱藏列：事務(wù)ID列(6個(gè)字節(jié))和回滾指針列(7個(gè)字節(jié))。
如果表沒有定義主鍵，每行還會增加一個(gè)rowid列。

Redundant行記錄格式

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Redundant是Mysql5.0版本之前的行記錄格式。上圖展示了Redundant行記錄格式，主要有以下幾部分：

• 字段長度偏移列表：存儲所有字段長度的偏移量，按照列的順序逆序來存儲（例如：23 20 16 14 13 0c 06字段長度偏移列表，06代表第一列的長度=6，0c-06=第二列的長度，13-0c=第三列的長度，以此類推）；如果列的長度<255，用1個(gè)字節(jié)表示；否則使用2個(gè)字節(jié)表示（注意，VARCHAR最大長度為65535）；

• 記錄頭信息：占用6個(gè)字節(jié)，存儲格式如下：

  名稱	空間(bit)	說明
  ()	1	未知
  ()	1	未知
  delete_flag	1	該行是否被刪除
  min_rec_flag	1	如果等于1，該記錄是預(yù)先被定義為最小的記錄
  n_owned	4	該記錄擁有的記錄數(shù)
  heap_no	13	索引堆中該條記錄的排序記錄
  n_fileds	10	記錄中列的數(shù)量
  1byte_offs_flag	1	偏移列表為1個(gè)字節(jié)還是2個(gè)字節(jié)
  next_record	16	頁中下一條記錄的相對位置

• 實(shí)際存儲每個(gè)列的數(shù)據(jù)；

①考慮這樣的一個(gè)問題，之前說到頁的大小默認(rèn)16K(16384個(gè)字節(jié))，并且一個(gè)數(shù)據(jù)頁中至少要包含2行記錄，然而Mysql Varchar最大存儲字節(jié)65535個(gè)字節(jié)（當(dāng)然還有其他可變長大字段，TEXT、BLOB） > 頁的大小，兩者之間是否會互相矛盾？

事實(shí)上會互相矛盾，但mysql引入行溢出的機(jī)制來解決這個(gè)問題。

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Compact和Redundant行記錄格式采用上圖存儲方式，數(shù)據(jù)頁只保留前768個(gè)字節(jié)的前綴數(shù)據(jù)，之后是偏移量指針，指向行溢出頁。
②什么時(shí)候會觸發(fā)行溢出呢？
剛剛講到一個(gè)數(shù)據(jù)頁至少要包含2行記錄，因此，如果當(dāng)前頁只能存放一個(gè)記錄的時(shí)候，InnoDB存儲引擎就會自動(dòng)把行數(shù)據(jù)存放到溢出頁中。
③對于TEXT或者BLOB，是不是總是存放到溢出頁中？
是否存放到溢出頁中，都要遵循上面第②點(diǎn)。
④Varchar最大存儲字節(jié)65535個(gè)字節(jié)，是指單個(gè)列的長度么？
不是的，是指一行記錄的所有VARCHAR列長度的總和不能超過65535個(gè)字節(jié)。
⑤Varchar(n)或者Char(n)中的n指的是字節(jié)個(gè)數(shù)還是字符長度？
指的是字符長度。不同的字符集對列的長度會有影響，比如定義Varchar的最大長度，lantin則可以定義Varchar(65535)，如果是utf-8（3個(gè)字節(jié)）則只能定義Varchar(65535/3)。對于char(n)來說，不同的字符集長度是不固定的，InnoDB存儲引擎在內(nèi)部會將其視為變長字符類型。

Dynamic行記錄格式

InnoDB 1.0X版本開始引入新的文件格式，以前支持Compact和Redundant格式稱為Antelope文件格式，新的格式有：Compressed和Dynamic，稱為Baracuda文件格式。

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Compressed行記錄格式

Compressed行格式提供與Dynamic行格式相同的存儲特性和功能，但增加了對表和索引數(shù)據(jù)壓縮的支持（采用zlib算法壓縮）。