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Mysql行格式索引頁詳解

更新時(shí)間：2024年03月25日 10:32:18 作者：子♂衿

這篇文章主要介紹了Mysql行格式索引頁,具有很好的參考價(jià)值,希望對(duì)大家有所幫助,如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教

行格式

先想一個(gè)問題，MySql是什么？是一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)？用來干什么的？我們先來簡(jiǎn)化一下MySql，MySql其實(shí)也是一個(gè)軟件，它只是給我們管理數(shù)據(jù)，然后方便我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改查，就像Spring一樣，它給我們管理Java對(duì)象，然后方便我們使用。

那既然是給我們管理數(shù)據(jù)，那肯定就會(huì)將我們的數(shù)據(jù)保存起來，這樣就會(huì)涉及到一個(gè)問題？如何保存這樣數(shù)據(jù)？以怎樣的格式保存這些數(shù)據(jù)？為了方便并且高效的管理數(shù)據(jù)MySql肯定會(huì)設(shè)計(jì)一套自己的方案來管理。我們來以行格式開始講起。

行格式是什么？我們平時(shí)向表里面插入一條記錄，這條記錄以什么的格式進(jìn)行保存，就是我們要講的東西，InnoDB主要有以下四種行格式

COMPACT 本文主要講的行格式
REDUNDANT 是很古老的行格式了， MySQL 5.0 版本之前用的行格式
DYNAMIC InnoDB的默認(rèn)行格式，理解了COMPACT 行格式就會(huì)理解這個(gè)，只有一小點(diǎn)不同
COMPRESSED 我也了解很少，所以不講

先來看看COMPACT行格式都包含哪些信息

當(dāng)我們插入一條記錄的時(shí)候MySql并不是只保存了我們插入的數(shù)據(jù)，它還會(huì)記錄很多額外的信息，這些額外的信息都是為了更好的幫我們管理數(shù)據(jù)。

變長(zhǎng)字段長(zhǎng)度列表

可能我們經(jīng)常聽到char類型是指定多少長(zhǎng)度就要占用多少長(zhǎng)度，比如我們指定char(100)個(gè)長(zhǎng)度，但是我們實(shí)際只存儲(chǔ)了一個(gè)“1”這個(gè)時(shí)候char也是占用100個(gè)長(zhǎng)度的空間的，所以這種類型我們用的相對(duì)比較少，我們常用varchar，而這個(gè)varchar就是變長(zhǎng)的，我們指定的長(zhǎng)度只是表示最大能存放多少，實(shí)際占用的空間是你存了多少就占用多少空間，注意這里有個(gè) 編碼的問題，當(dāng)我們指定編碼格式為 ascii時(shí)一個(gè)字符占用一個(gè)字節(jié)，當(dāng)我們指定為utf8時(shí)占用3個(gè)字節(jié)，當(dāng)指定utf8mb4時(shí)則占用四個(gè)字節(jié)，而varchar指定的是能存多少個(gè)已某種方式編碼的字符，而不是多少個(gè)字節(jié)，假設(shè)我們使用utf8編碼，使用varchar(100)，則這個(gè)字段最多能存儲(chǔ)100個(gè)字符，占用的空間最大是 100 * 3個(gè)字節(jié)

那這個(gè)變長(zhǎng)字段長(zhǎng)度列表有什么用呢？

我們知道varchar是變長(zhǎng)的了，你給我多少個(gè)字符我就存儲(chǔ)多少個(gè)，這樣確實(shí)是省了空間了，但是我們很快就發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，我們讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候怎么辦，我們?cè)撟x多少？所以必須有個(gè)地方記錄下來，每個(gè)字段實(shí)際占用多少空間，這樣我們讀的時(shí)候就能順利讀取，而這個(gè)長(zhǎng)度就存放在記錄在一條記錄開頭。

每一個(gè)varchar類型的字段并且實(shí)際值不為NULL的字段的值的長(zhǎng)度都會(huì)保存在這個(gè)列表里，每個(gè)字段的長(zhǎng)度是逆序存放在這個(gè)列表里的（為啥要逆序放？后面講）

上面我們存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)比較少用一個(gè)字節(jié)就能記錄下，在現(xiàn)實(shí)中我們可能指定一個(gè)非常大的長(zhǎng)度，這樣的話用一個(gè)字節(jié)可能就記錄不下了。所以MySql肯定有針對(duì)此的一套規(guī)則，理解這套規(guī)則我們需要區(qū)分開 varchar(10)這個(gè)10指的是最多能存儲(chǔ)10個(gè)字符，并不是10個(gè)字節(jié)，當(dāng)我們使用utf8編碼時(shí)一個(gè)字符占用3個(gè)字節(jié)，10個(gè)字符表示最多能占用 3 * 10=30個(gè)字節(jié)，所以當(dāng)我們的字段最大能存儲(chǔ)的字節(jié)不超過255時(shí)，注意是字節(jié)！字節(jié)！字節(jié)！使用一個(gè)字節(jié)就能記錄這個(gè)字段的長(zhǎng)度，而當(dāng)這個(gè)字段的最大長(zhǎng)度超過255字節(jié)時(shí)則分為兩種情況

情況一：當(dāng)實(shí)際占用的字節(jié)小于等于127字節(jié)時(shí)使用一個(gè)字節(jié)記錄這個(gè)長(zhǎng)度
情況二：當(dāng)實(shí)際占用的字節(jié)大于127時(shí)使用兩個(gè)字節(jié)記錄這個(gè)長(zhǎng)度

NULL值列表

大多數(shù)情況下我們的列都會(huì)允許為NULL，那這個(gè)NULL在MySql是如何存儲(chǔ)的呢？

MySql為那些可以為NULL的字段專門弄了一個(gè)NULL列表，該列表中用位圖的表示形式來表示某個(gè)字段是否為NULL。

假設(shè)我們有表中有三個(gè)字段，并且這三個(gè)字段都可以為NULL，那這個(gè)NULL列表就會(huì)占用一個(gè)字節(jié)，一個(gè)字節(jié)有8個(gè)比特，每個(gè)比特對(duì)應(yīng)一個(gè)字段，并且也是逆序?qū)?yīng)的和上面的變長(zhǎng)字段長(zhǎng)度列表一樣，如果某個(gè)字段對(duì)應(yīng)的比特位為1則代表這個(gè)字段為NULL，反之不為NULL

NULL值列表占用的空間很少，比如我們表中有不超過8個(gè)的允許為NULL字段，這個(gè)時(shí)候使用一個(gè)字節(jié)就能記錄下，當(dāng)超過了8個(gè)就使用2個(gè)字節(jié)記錄，2個(gè)字節(jié)實(shí)際上可以記錄16個(gè)字段，即使我們只有11個(gè)允許為NULL的字段也會(huì)占用兩個(gè)字節(jié)，使用0進(jìn)行對(duì)齊，如此類推當(dāng)我們超過了16個(gè)允許為NULL的字段的時(shí)候就使用3個(gè)字節(jié)或者更多來描述，總之就是一個(gè)字節(jié)可以描述8個(gè)字段，并且使用0進(jìn)行對(duì)齊。

一條記錄到底是如何存儲(chǔ)的？

現(xiàn)在我們創(chuàng)建一個(gè)表, 并且插入兩條記錄

Create table t_test(
	c1 varchar(10),
	c2 varchar(10),
	c3 char(10)
) charset=ascii;

insert into t_test(c1, c2, c3) values('aaa', 'bb', 'c');
insert into t_test(c1, c2, c3) values('d', NULL, NULL)

講了這么多我們來一個(gè)圖看看這兩條記錄到底是如何存儲(chǔ)的

再次強(qiáng)調(diào)變長(zhǎng)字段長(zhǎng)度列表和NULL值列表都是逆序?qū)?yīng)某個(gè)字段的

char類型的字段并不在變長(zhǎng)字段長(zhǎng)度列表中（但實(shí)際也有可能會(huì)在變長(zhǎng)字段長(zhǎng)度列表中，后面講），而且我們c3這個(gè)字段實(shí)際只存儲(chǔ)了 ‘c’ 這個(gè)值，但是MySql把我們沒有使用的空間存儲(chǔ)成了0x20(空格)

第二條數(shù)據(jù)

可以發(fā)現(xiàn)為NULL的字段并不占用實(shí)際的存儲(chǔ)空間，MySql只會(huì)存儲(chǔ)不為NULL的字段，這都得益于NULL值長(zhǎng)度列表

char的特殊情況

經(jīng)過上面的介紹我們知道char類型是定長(zhǎng)的，并且不會(huì)出現(xiàn)在變長(zhǎng)字段長(zhǎng)度列表中，但是實(shí)際可能并不如此，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中我們基本不可能使用ascii編碼，而是使用utf8或者utf8mb4等變長(zhǎng)編碼，注意ascii是一個(gè)定長(zhǎng)編碼，在這個(gè)編碼的中每個(gè)字符都只占用一個(gè)字節(jié)，而像utf8這種變長(zhǎng)編碼則不一定，它是占用1~3個(gè)字節(jié)，所以當(dāng)我們字段的編碼是變長(zhǎng)編碼時(shí)char類型的字段也會(huì)存儲(chǔ)到變長(zhǎng)字段長(zhǎng)度列表中。

那既然都會(huì)存儲(chǔ)到變長(zhǎng)字段長(zhǎng)度列表中它與varchar有什么區(qū)別呢？

使用char時(shí)規(guī)定即使這個(gè)字段實(shí)際只存儲(chǔ)了1個(gè)字節(jié)但也會(huì)占X個(gè)字節(jié)，這個(gè)X就是我們?cè)赾har(X)指定的長(zhǎng)度，例如：char(10) charset=utf8但是我們只存儲(chǔ)了一個(gè) ‘a’ ，實(shí)際上’a’只占用一個(gè)字節(jié)，但是使用char就意味著最少需要占10個(gè)字節(jié)，即使我們實(shí)際只存儲(chǔ)了一個(gè)字節(jié)

記錄頭信息

再來簡(jiǎn)單了解以下記錄頭信息，我們先記住 record_type、next_record

這里再來講一下MySql如何刪除數(shù)據(jù)的，當(dāng)我們執(zhí)行一條 delete from table where id = 1 時(shí)，該條記錄并不會(huì)被真正的刪除，而是打上一個(gè)標(biāo)記，表示這表記錄已經(jīng)刪除了，有人可能會(huì)有疑惑，那這樣不就會(huì)浪費(fèi)很多存儲(chǔ)空間嗎？不是的，實(shí)際上被刪除的數(shù)據(jù)會(huì)組成一個(gè)鏈表，當(dāng)我們插入數(shù)據(jù)時(shí)就會(huì)去這個(gè)鏈表上找已經(jīng)刪除的數(shù)據(jù)，然后將已經(jīng)刪除的數(shù)據(jù)覆蓋，這樣做的好處就是可以提高刪除性能，不至于我們每次刪除數(shù)據(jù)的時(shí)候都要去移動(dòng)這些數(shù)據(jù)，為什么會(huì)移動(dòng)數(shù)據(jù)？就像我們使用ArrayList一樣當(dāng)我們刪除一條記錄之后，后面的記錄要向前移動(dòng)，而只打一個(gè)刪除標(biāo)記，后面我們?cè)谥赜眠@個(gè)空間就能避免數(shù)據(jù)移動(dòng)

索引頁（數(shù)據(jù)頁）

MySql的數(shù)據(jù)都是存儲(chǔ)在磁盤中的，當(dāng)我們需要查詢數(shù)據(jù)時(shí)它就會(huì)去磁盤加載數(shù)據(jù)，這里就會(huì)有一個(gè)問題，我們一次性加載多少數(shù)據(jù)？一條一條的加載嗎？

這樣的話就太慢了，所以MySql將存儲(chǔ)空間分一個(gè)很多個(gè)頁，每個(gè)頁默認(rèn)是占用16KB,這個(gè)頁就是MySql每次加載數(shù)據(jù)的基本單位。

頁又分為很多中類型，比如：index頁、undo頁、XDES頁、INODE頁等

我們的每一條記錄都是存儲(chǔ)在一個(gè)類型為 index頁的上面，這個(gè)頁就是我們稱的索引頁（外面都是叫數(shù)據(jù)頁，數(shù)據(jù)頁即是索引頁）

先來看下索引頁的結(jié)構(gòu)

名稱	描述	占用大小
File Header	文件頭部，用來表示一些頁的通用信息	38字節(jié)
Page Header	頁面頭部，表示數(shù)據(jù)頁的專有信息	56字節(jié)
User Record	用戶記錄，存儲(chǔ)我們插入的數(shù)據(jù)	不確定
Free Space	空閑空間	不確定
Page Directory	頁目錄	不確定
File Trailer	文件尾，校驗(yàn)頁是否完整	8字節(jié)

這整個(gè)頁就是占用 16KB

我們重點(diǎn)只關(guān)注 UserRecord部分，因?yàn)槲覀兊挠脩粲涗浘褪谴鎯?chǔ)在這個(gè)部分。

record1和record2就是我們的用戶記錄，且這每條記錄都是按照我們上面的行格式存儲(chǔ)的，每條記錄都會(huì)組成一個(gè)鏈表，那這個(gè)鏈表是如何形成的呢？

還記得我們上面的行格式中，有個(gè)記錄頭，里面有個(gè)next_record字段，這個(gè)字段就指向下一條記錄，通過這個(gè)字段每條記錄之間就組成了一條鏈表，可以看到除了我們自己插入的兩條記錄外還有兩個(gè)分別叫 Infimum和Supremum的東西，其實(shí)這也是兩條記錄，只不過不是我們手動(dòng)插入的記錄，而是MySql為什么自動(dòng)生成記錄，所以也叫虛擬記錄，Infimum記錄表示最小的記錄，而Supremum表示最大的記錄，這是規(guī)定，規(guī)定這兩條記錄就是分別代表最小的記錄和最大的記錄，在這個(gè)數(shù)據(jù)頁中沒有記錄會(huì)比Infimum記錄小，也沒有記錄比Supremum記錄大，每個(gè)頁中的記錄都是有序的，會(huì)根據(jù)主鍵進(jìn)行排序，當(dāng)我們沒有顯示指定主鍵時(shí)，并且表沒有不允許為NULL并且建立了唯一索引的字段時(shí)，MySql就會(huì)為我們生成一個(gè)row_id的字段作為主鍵。

Infimum記錄指向的下一條記錄就是這個(gè)頁中用戶記錄(我們自己插入的記錄)的最小記錄，而指向Supremum記錄的用戶記錄就是這個(gè)頁中的最大記錄。

剛開始時(shí)這個(gè)頁就只有Infimum記錄和Supremum記錄，當(dāng)我們執(zhí)行insert語句向這個(gè)頁插入數(shù)據(jù)的時(shí)候就會(huì)向FreeSpace申請(qǐng)空間，然后就存儲(chǔ)這條記錄，直到這個(gè)數(shù)據(jù)頁中沒有可用空間，就會(huì)申請(qǐng)新的索引頁來保存數(shù)據(jù)

現(xiàn)在假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)頁中存儲(chǔ)了7條記錄，當(dāng)我們要查找數(shù)據(jù)時(shí)如何查找？

當(dāng)我們要查詢 record5時(shí)難道從頭開始遍歷這個(gè)頁中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)嗎？