MySQL提升筆記（4）InnoDB存儲結構

這一節本來計劃開始索引的學習，但是在InnoDB存儲引擎的索引里，存在一些數據存儲結構的概念，這一節先了解一下InnodDB的邏輯存儲結構，為索引的學習打好基礎。

從InnoDB存儲引擎的存儲結構看，所有數據都被邏輯地放在一個空間中，稱之為表空間（tablespace）、區（extent）、頁（page）組成，頁在一些文檔中也被稱之為塊（block）。

1、InnoDB邏輯存儲結構

InnoDB存儲引擎的邏輯存儲結構大致如圖：

這張圖更清晰地展示了這些空間的包含關系：

1.1、表空間（Tablespace）

表空間可以看做InnoDB邏輯結構的最高層，所有的數據都放在表空間中。

在默認情況下，InnoDB存儲引擎都有一個共享表空間ibdata1，即所有數據都存放在這個表空間內。如果用戶啟用了參數innodb_file_per_table，則每張表內的數據可以單獨放到一個表空間內。

如果啟用了innodb_file_per_table參數，也需要注意，每張表的表空間存放的只是數據、索引和插入緩沖Bitmap頁，其它類的數據，如回滾（undo）信息，插入緩沖索引頁、系統事務信息，二次寫緩沖等還是存放在原來的共享表空間內。

1.2、段（Segment）

表空間是由各個段組成的，常見的段有數據段、索引段、回滾段等。

InnoDB存儲引擎表是索引組織（index organized）的，因此數據即索引，索引即數據。那么數據段即為B+樹的葉子節點（Leaf node segment），索引段即為B+樹的非索引節點（Non-leaf node segment），這些內容在后面的索引學習里會詳細介紹。

1.3、區（extend）

區是由連續頁組成的空間，在任何情況下每個區的大小都為1MB。為了保證區中頁的連續性，InonoDB存儲引擎一次從磁盤申請4-5個區。在默認情況下，InnoDB存儲引擎的頁的大小為16KB，即一個區中應有64個連續的頁。

InnoDB1.0.x版本開始引入壓縮頁，每個頁的大小可以通過參數KEY_BLOCK_SIZE設置為2K、4K、8K，因此每個區對應的頁尾512、256、128.

InnoDB1.2.x版本新增了參數innodb_page_size，通過該參數可以將默認頁的大小設置為4K、8K，但是頁中的數據不是壓縮的。

但是有時候為了節約磁盤容量的開銷，創建表默認大小是96KB，區中是64個連續的頁。（對于一些小表）

1.4、頁（page）

頁是InnoDB存儲引擎磁盤管理的最小單位，每個頁默認16KB；InnoDB存儲引擎從1.2.x版本開始，可以通過參數innodb_page_size將頁的大小設置為4K、8K、16K。

若設置完成，則所有表中頁的大小都為innodb_page_size，不可以再次對其進行修改，除非通過Mysqldump導入和導出操作來產生新的庫。

innoDB存儲引擎中，常見的頁類型有：

? 數據頁（B-tree Node)

? undo頁（undo Log Page）

? 系統頁 （System Page）

? 事務數據頁 （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）

? 未壓縮的二進制大對象頁（Uncompressed BLOB Page）

? 壓縮的二進制大對象頁 （compressed BLOB Page）

1.5、行（row）

InnoDB存儲引擎是面向行的（row-oriented)，也就是說數據是按行進行存放的，每個頁存放的行記錄也是有硬性定義的，最多允許存放16KB/2-200，即7992行記錄。

2、InnoDB 行記錄格式

InnoDB 存儲引擎和大多數數據庫一樣（如 Oracle 和 Microsoft SQL Server 數據庫），記錄是以行的形式存儲的。這意味著頁中保存著表中一行行的數據。在 InnoDB 1.0x 版本之前，InnoDB 存儲引擎提供了 Compact 和 Redundant 兩種格式來存放行記錄數據，這也是目前使用最多的一種格式。

2.1、Compact 行記錄格式

Compact 行記錄是在 Mysql 5.0 中引人的，其設計目標是髙效地存儲數據。簡單來說,一個頁中存放的行數據越多，其性能就越髙。

下圖顯示了 Compact 行記錄的存儲方式：

Compact 行記錄格式的首部是一個非 NULL 變長字段長度列表，并且其是按照列的順序逆序放置的，其長度為：

若列的長度小于 255 字節，用 1 字節表示；

若大于 255 個字節，用2 字節表示。

變長字段的長度最大不可以超過 2 字節，這是因在 MySQL 數據庫中 VARCHAR 類型的最大長度限制為 65535。變長字段之后的第二個部分是 NULL 標志位，該位指示了該行數據中是否有 NULL 值，有則用 1 表示。

接下來的部分是記錄頭信息（record header)，固定占用5 字節（40 位)。每位含義見表：

最后的部分就是實際存儲每個列的數據。

需要特別注意的是，NULL 不占該部分任何空間，即 NULL 除了占有 NULL 標志位，實際存儲不占有任何空間。另外有一點需要注意的是，每行數據除了用戶定義的列外，還有兩個隱藏列，事務 1D 列和回滾指針列,分別為 6 字節和 7 字節的大小。若 InnoDB 表沒有定義主鍵，每行還會增加一個 6 字節的 rowid 列。

Redundant 是 MySQL 5 . 0 版本之前 InnoDB 的 行 記 錄 存 儲 方 式，這里就不展開。

2.2、行溢出數據

InnoDB 存儲引擎可以將一條記錄中的某些數據存儲在真正的數據頁之外。因為一般數據頁默認大小為16KB，假如一個數據頁存儲不了插入的數據，這時肯定就會發生行溢出。

一般認為 BLOB、LOB 這類的大對象列類型的存儲會把數據存放在數據頁之外。但是，BLOB 也可以不將數據放在溢出頁面，而且即便是 VARCHAR 列數據類型，依然有可能被存放為行溢出數據。

3、InnoDB 數據頁結構

頁是 InnoDB 存儲引擎管理數據庫最小磁盤單位。頁類型為 B-tree Node 的頁存放的即是表中行的實際數據了。

InnoDB 數據頁由以下 7 個部分組成:

File Header (文件頭）

Page Header (頁頭）

Infimun 和 Supremum Records

User Records (用戶記錄，即行記錄）

Free Space (空閑空間）

Page Directory (頁目錄）

File Trailer (文件結尾信息）

其中 File Header、Page Header、File Trailer的大小是固定的, 分別為 38、56、8 字節，這些空間用來標記該頁的一些信息，如 Checksum, 數據頁所在 B+ 樹索引的層數等。User Records、Free Space、Page Directory 這些部分為實際的行記錄存儲空間，因此大小是動態的。

參考：

【1】：《MySQL技術內幕 InnoDB存儲引擎》

【2】：MySQL Architecture and Components

【3】：了解 MySQL的數據行、行溢出機制嗎？

【4】：InnoDB數據頁結構分析

【5】：InnoDB數據頁結構

【6】：InnoDB – 行記錄格式

MySQL

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