MYSQL-InnoDB逻辑存储结构 详解

InnoDB逻辑存储结构

段—区—页—行

表空间：

默认情况下InnoDB有一个共享表空间ibdata1，所有数据放入这个表空间，如果开启了innodb_file_per_table（默认ON），每张表都可以放到一个单独的表空间，但只把数据、索引和Insert Buffer Bitmap放入单独表空间，其它数据，如undo信息、插入缓冲索引页、事务信息，二次写缓冲等还是放共享表空间

段：

表空间由各个段组成，数据段、索引段、回滚段等，数据段即B+树叶子节点，索引段即B+树非叶子节点。每个段开始时，先用32个页大小的碎片页存放数据，使用完这些碎片页，再去一个区一个区地申请内存，这保证了小段如undo这样的段可以省空间

区：

区由连续的页组成，一个区固定是1MB，页默认16KB，即一个区有64个连续的页，InnoDB1.0.x引入压缩页，页的大小可以是2K、4K、8K，但不管怎么变，区都是1MB

页：

InnoDB磁盘最小的管理单位，默认16KB，InnoDB1.2.x开始可以更改默认大小innodb_page_size为4K、8K、16K，更改后，不得再次修改，除非mysqldump导入导出产生新的库

常见的页类型：

• 数据页（B-tree Node）
• undo页（undo Log Page）
• 系统页（System Page）
• 索引页（Index Page）
• 事务数据页（Transaction system Page）
• 插入缓冲位图页（Insert Buffer Bitmap）
• 插入缓冲空闲列表页（Insert Buffer Free List）
• 未压缩的二进制大对象页（Uncompresses BLOB Page）
• 压缩的二进制大对象页（compressed BLOB Page）

行：

行存储有四种格式，Redundant、Compact、Dynamic和Compressed。MySQL5.1开始默认使用Compact，MySQL5.7开始默认使用Dynamic

​ Compact：

​ 变长字段长度列表：当数据表有变长字段时才出现，记录本行中各变长字段实际长度，当长度小于255时用1个字节表 示，大于255时用2个字节表示，不会用3个字节，因为变长字段有长度限制，最多65535字节

​ NULL标志位：当数据表存在允许NULL的字段时才出现，本行每个字段是否为null用0或1表示，同时必须是整数个字 节大小，即不足8个bit位的高位补0

​ 记录头信息：存储一些信息，固定5个字节，如delete_mask，标识删除位；next_record下条记录的地址； record_type，记录类型，0为普通，1为B+树非叶子节点，2为最小记录，3为最大记录

​ 变长字段长度列表和NULL是逆序存储(方便寻址)

​ row_id：当建表时没指定主键时，选择第一个非空唯一索引当主键，如果没有，添加该列作为主键，6字节大小

​ trx_id：事务id，这条数据是哪个事务生成的，6字节大小

​ roll_ptr：上个版本的指针，7字节大小

​ 一个页最多有16KB，16384字节，而varchar(n)最多可以存储65533字节，那么一个页可能都放不了一条记录，这时就会行溢出，溢出的数据会放到“溢出页”中，原页会保留20个字节指向该溢出页的地址。

​ Compressed和Dynamic行格式和Compact非常相似，主要是行溢出时的处理，这两个不会在原页保存数据，只用20字节指针指向溢出页，数据全在溢出页，而Compressed还会对BLOB、TEXT、VARCHAR这些大长度类型的数据进行zlib算法压缩

char和varchar？

char存储固定长度字符串，最大长度255字节，当存储长度小于定义的长度时，MySQL在后面补空格（如果本身存储的字符串尾部就有空格，就会丢失空格信息！）

varchar存储可变字符串，读取速度相对更慢一点，因为需要先读长度，再读数据

一般使用varchar存储较好，但考虑到极端情况，varchar因为长度可变，可能出现页分裂的情况

如果是身份证号、订单号、国家编码等这些固定长度的，可以用char

如果是产品描述、用户地址、用户名称这种，可以用varchar

数据页结构：

采用链表的结构是让数据页之间不需要是物理上的连续的，而是逻辑上的连续。

数据页中的记录按照「主键」顺序组成单向链表，单向链表的特点就是插入、删除非常方便，但是检索效率不高，最差的情况下需要遍历链表上的所有节点才能完成检索。

因此，数据页中有一个页目录，起到记录的索引作用，就像我们书那样，针对书中内容的每个章节设立了一个目录，想看某个章节的时候，可以查看目录，快速找到对应的章节的页数，而数据页中的页目录就是为了能快速找到记录。

• 将所有的记录划分成几个组，这些记录包括最小记录和最大记录，但不包括标记为“已删除”的记录；
• 每个记录组的最后一条记录就是组内最大的那条记录，并且最后一条记录的头信息中会存储该组一共有多少条记录，作为 n_owned 字段（上图中粉红色字段）
• 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。

从图可以看到，页目录就是由多个槽组成的，槽相当于分组记录的索引。然后，因为记录是按照「主键值」从小到大排序的，所以我们通过槽查找记录时，可以使用二分法快速定位要查询的记录在哪个槽（哪个记录分组），定位到槽后，再遍历槽内的所有记录，找到对应的记录，无需从最小记录开始遍历整个页中的记录链表。

• 第一个分组中的记录只能有 1 条记录；
• 最后一个分组中的记录条数范围只能在 1-8 条之间；
• 剩下的分组中记录条数范围只能在 4-8 条之间。

索引：

索引页的行记录是指针，指向一个页，索引页的索引键值就是指向的页的最小索引键值

数据页的行记录就是数据（聚簇索引，如果是二级索引，存放的是主键值）

页合并和页分裂：

​ 页合并：

​ 当一个数据页的使用率低于一定阈值（50%）时，MySQL 就会将该页与相邻的空闲页合并成一个页面。

​ 例如，数据页能存放7条数据，有两个相邻的数据页，一个存储 [1, 2, 3, 4]，另一个是[5, 6]。当删除4时，会检查 本页，本页数据只有三条，小于阈值，MySQL 就会将两个页面合并成一个页面，存储的数据变成 [1, 2, 3, 5, 6]

​ 页分裂：

​ 当一个数据页已经满了，而有新的数据要插入到该页时，MySQL 就会进行页分裂操作。

​ 例如，数据页能存放5条数据，假设一个数据页已经存储了 [1, 2, 3, 4, 5]，而有新的数据6要插入到该页中， MySQL 就会将该页拆分为两个页面，一个页面存储 [1, 2, 3]，另一个页面存储 [4, 5, 6]。

​ 页分裂是为了保证插入顺序的同时不大量挪动数据

​ 采用逻辑删除可以减少页合并

​ 采用批量顺序插入可以减少页分裂