InnoDB数据存储结构

最新推荐文章于 2025-05-23 08:59:39 发布

燃烧阳光

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分类专栏： msyql 文章标签：数据库 mysql

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数据页内部结构

一个16k大小的数据页可以分成如下几个部分，有着不同的功能。
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File Header（文件头）（38字节）

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Page Header（页头）（56字节）

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Infimum + Supremum（最小最大记录）

InnoDB规定的最小记录与最大记录这两条记录的构造十分简单，都是由5字节大小的记录头信息和8字节大小的一个固定的部分组成的，如图所示：
在这里插入图片描述
不存放在页的User Records部分，而是单独放在一个称为Infimum + Supremum的部分。

Free Space (空闲空间)

在一开始生成页的时候，其实并没有User Records这个部分，每当我们插入一条记录，都会从Free Space部分，也就是尚未使用的存储空间中申请一个记录大小的空间划分到User Records部分，当Free Space部分的空间全部被User Records部分替代掉之后，也就意味着这个页使用完了，如果还有新的记录插入的话，就需要去申请新的页了。
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User Records (用户记录)

User Records中的这些记录按照指定的行格式一条一条摆在User Records部分，相互之间形成单链表。

Page Directory（页目录）

专门给记录做一个目录，通过二分查找法的方式进行检索，提升效率。
页目录用来存储每组最后一条记录的地址偏移量，这些地址偏移量会按照先后顺序存储起来，每组的地址偏移量也被称之为槽（slot），每个槽相当于指针指向了不同组的最后一个记录。
在这里插入图片描述
页目录分组的个数如何确定？
InnoDB规定：对于最小记录所在的分组只能有1条记录，最大记录所在的分组拥有的记录条数只能在1-8条之间，剩下的分组中记录的条数范围只能在是 4~8 条之间。

分组是按照下边的步骤进行的：

初始情况下一个数据页里只有最小记录和最大记录两条记录，它们分属于两个分组。
之后每插入一条记录，都会从页目录中找到主键值比本记录的主键值大并且差值最小的槽，然后把该槽对应的记录的n_owned值加1，表示本组内又添加了一条记录，直到该组中的记录数等于8个。
在一个组中的记录数等于8个后再插入一条记录时，会将组中的记录拆分成两个组，一个组中4条记录，另一个5条记录。这个过程会在页目录中新增一个槽来记录这个新增分组中最大的那条记录的偏移量。

页目录结构下如何快速查找记录？
在这里插入图片描述
5个槽的编号分别是：0、1、2、3、4，所以初始情况下最低的槽就是low=0，最高的槽就是high=4。比方说我们想找主键值为6的记录，过程是这样的：

计算中间槽的位置：(0+4)/2=2，所以查看槽2对应记录的主键值为8，又因为8 > 6，所以设置high=2，low保持不变。
重新计算中间槽的位置：(0+2)/2=1，所以查看槽1对应的主键值为4，又因为4 < 6，所以设置high保持不变，low=1。
因为high - low的值为1，所以确定主键值为6的记录在槽2对应的组中。此刻我们需要找到槽2中主键值最小的那条记录，然后沿着单向链表遍历槽2中的记录。

小结：
在一个数据页中查找指定主键值的记录的过程分为两步：

通过二分法确定该记录所在的槽，并找到该槽所在分组中主键值最小的那条记录。
通过记录的next_record属性遍历该槽所在的组中的各个记录。

File Trailer（文件尾部）（8字节）

前4个字节代表页的校验和：
这个部分是和File Header中的校验和相对应的。
后4个字节代表页面被最后修改时对应的日志序列位置（LSN）：
这个部分也是为了校验页的完整性的，如果首部和尾部的LSN值校验不成功的话，就说明同步过程出现了问题。

InnoDB行格式（或记录格式）

我们平时的数据以行为单位来向表中插入数据，这些记录在磁盘上的存放方式也被称为行格式或者记录格式。InnoDB存储引擎设计了4种不同类型的行格式，分别是Compact、Redundant、Dynamic和Compressed行格式。
查看MySQL8的默认行格式：

mysql> SELECT @@innodb_default_row_format;
+-------------------------------------+
| @@innodb_default_row_format |
+-------------------------------------+
| dynamic                                   |
+-------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

指定行格式的语法

在创建或修改表的语句中指定行格式：
CREATE TABLE 表名 (列的信息) ROW_FORMAT=行格式名称
ALTER TABLE 表名 ROW_FORMAT=行格式名称
举例：

mysql> CREATE TABLE record_test_table (
    ->     col1 VARCHAR(8),
    ->     col2 VARCHAR(8) NOT NULL,
    ->     col3 CHAR(8),
    ->     col4 VARCHAR(8)
    -> ) CHARSET=ascii ROW_FORMAT=COMPACT;
Query OK, 0 rows affected (0.03 sec)

向表中插入两条记录：

INSERT INTO record_test_table(col1, col2, col3, col4) 
VALUES
('zhangsan', 'lisi', 'wangwu', 'songhk'), 
('tong', 'chen', NULL, NULL);

COMPACT行格式

在这里插入图片描述

变长字段长度列表

MySQL支持一些变长的数据类型，比如VARCHAR(M)、VARBINARY(M)、TEXT类型，BLOB类型，这些数据类型修饰列称为变长字段，变长字段中存储多少字节的数据不是固定的，所以我们在存储真实数据的时候需要顺便把这些数据占用的字节数也存起来。在Compact行格式中，把所有变长字段的真实数据占用的字节长度都存放在记录的开头部位，从而形成一个变长字段长度列表。
注意：这些长度值需要按照列的逆序存放
以record_test_table表中的第一条记录举例：因为record_test_table表的col1、col2、col4列都是VARCHAR(8)类型的，所以这三个列的值的长度都需要保存在记录开头处，注意record_test_table表中的各个列都使用的是ascii字符集（每个字符只需要1个字节来进行编码）
在这里插入图片描述
把这个字节串组成的变长字段长度列表填入上边的示意图中的效果就是：

NULL值列表

Compact行格式会把可以为NULL的列统一管理起来，存在一个标记为NULL值列表中。如果表中没有允许存储 NULL 的列，则 NULL值列表也不存在了。

二进制位的值为1时，代表该列的值为NULL。
二进制位的值为0时，代表该列的值不为NULL。
注意：需要按照列的逆序存放
例如：字段 a、b、c，其中a是主键，在某一行中存储的数依次是 a=1、b=null、c=2。那么Compact行格式中的NULL值列表中存储：01。第一个0表示c不为null，第二个1表示b是null。这里之所以没有a是因为数据库会自动跳过主键，因为主键肯定是非NULL且唯一的，在NULL值列表的数据中就会自动跳过主键。
record_test_table的两条记录的NULL值列表就如下：

记录头信息（5字节）

这些记录头信息中各个属性如下：
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记录的真实数据

在这里插入图片描述

Dynamic和Compressed行格式

行溢出

对于VARCHAR(M)类型的列最多可以占用65535个字节。其中的M代表该类型最多存储的字符数量。如果我们使用 ascii字符集的话，一个字符就代表一个字节，我们看看VARCHAR(65535)是否可用。

CREATE  TABLE  varchar_size_demo(
 c  VARCHAR(65535)
 )  CHARSET=ascii  ROW_FORMAT=Compact;
结果如下：
ERROR 1118 (42000): Row size too large. The maximum row size for the used table type, not counting BLOBs, is 65535. This includes storage overhead, check the manual. You have  to  change  some  columns  to  TEXT or  BLOBs

报错信息表达的意思是：MySQL对一条记录占用的最大存储空间是有限制的，除BLOB或者TEXT类型的列之外，其他所有的列（不包括隐藏列和记录头信息）占用的字节长度加起来不能超过65535个字节。
这个65535个字节除了列本身的数据之外，还包括一些其他的数据，以Compact行格式为例，比如说我们为了存储一个VARCHAR(M)类型的列，除了真实数据占有空间以外，还需要记录的额外信息。
如果该VARCHAR类型的列没有NOT NULL属性，那最多只能存储65532个字节的数据，因为变长字段的长度占用 2个字节，NULL值标识需要占用1个字节。

CREATE  TABLE  varchar_size_demo(
    c  VARCHAR(65532)
)  CHARSET=ascii  ROW_FORMAT=Compact;

#如果有not null属性，那么就不需要NULL值标识，也就可以多存储一个字节，即65533个字节

CREATE  TABLE  varchar_size_demo( 
  c  VARCHAR(65533)  not  null
)  CHARSET=ascii  ROW_FORMAT=Compact;

通过上面的案例，我们可以知道一个页的大小一般是16KB，也就是16384字节，而一个VARCHAR(M)类型的列就最多可以存储65533个字节，这样就可能出现一个页存放不了一条记录，这种现象称为行溢出。
在Compact和Reduntant行格式中，对于占用存储空间非常大的列，在记录的真实数据处只会存储该列的一部分数据，把剩余的数据分散存储在几个其他的页中进行分页存储，然后记录的真实数据处用20个字节存储指向这些页的地址（当然这20个字节中还包括这些分散在其他页面中的数据的占用的字节数），从而可以找到剩余数据所在的页。
这称为页的扩展，举例如下：
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Dynamic和Compressed行格式

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Redundant行格式

Redundant是MySQL 5.0版本之前InnoDB的行记录存储方式，MySQL 5.0支持Redundant是为了兼容之前版本的页格式。
现在我们把表record_test_table的行格式修改为Redundant：

ALTER TABLE record_test_table ROW_FORMAT=Redundant;
Query OK, 0 rows affected (0.05 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

在这里插入图片描述
字段长度偏移列表，同样是按照列的顺序逆序放置

视频链接： https://www.bilibili.com/video/BV1iq4y1u7vj?p=127&spm_id_from=pageDriver&vd_source=3278a3795a0134ca84104808f38fcfbf