Mysql之InnoDB行格式、数据页结构

Mysql架构图

存储引擎负责对表中的数据的进行读取和写入，常用的存储引擎有InnoDB、MyISAM、Memory等，不同的存储引擎有自己的特性，数据在不同存储引擎中存放的格式也是不同的，比如Memory都不用磁盘来存储数据。

在InnoDB中，数据会存储到磁盘上，在真正处理数据时需要先将数据加载到内存，表中读取某些记录时，InnoDB存储引擎不需要一条一条的把记录从磁盘上读出来，InnoDB采取的方式是：将数据划分为若干个页，以页作为磁盘和内存之间交互的基本单位，InnoDB中页的大小一般为 16 KB，也就是说，当需要从磁盘中读数据时每一次最少将从磁盘中读取16KB的内容到内存中，每一次最少也会把内存中的16KB内容写到磁盘中。

InnoDB数据页结构

页是InnoDB管理存储空间的基本单位，一个页的大小默认是16KB。

SHOW GLOBAL STATUS like 'Innodb_page_size';

页结构：

名称	中文名	占用空间（字节）	描述
File Header	文件头部	38	页的一些通用信息
Page Header	页面头部	56	数据页专有的一些信息
Infimum + Supremum	最小记录和最大记录	26	两个虚拟的行记录
User Records	用户记录	不确定	实际存储的行记录内容
Free Space	空闲空间	不确定	页中尚未使用的空间
Page Directory	页面目录	不确定	页中的某些记录的相对位置
File Trailer	文件尾部	8	校验页是否完整

InnoDB行格式

一行记录可以以不同的格式存在InnoDB中，行格式分别是Compact、Redundant、Dynamic和Compressed行格式。

我们可以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

Compact行格式

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。

CHAR是一种固定长度的类型，VARCHAR则是一种可变长度的类型。
VARCHAR(M)，M代表最大能存多少个字符。( MySQL5.0.3以前是字节，以后就是字符)

NULL值列表（标志位）：

Compact行格式会把可以为NULL的列统一管理起来，存一个标记为在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

记录头信息：

除了变长字段长度列表、NULL值列表之外，还有一个用于描述记录的记录头信息，它是由固定的5个字节组成。

5个字节也就是40个二进制位，不同的位代表不同的意思，如图：

真实数据

记录的真实数据除了我们自己定义的列的数据以外，还会有三个隐藏列：

实际上这几个列的真正名称其实是：DB_ROW_ID、DB_TRX_ID、DB_ROLL_PTR。

一个表没有手动定义主键，则会选取一个Unique键作为主键，如果连Unique键都没有定义的话，则会为表默认添加一个名为row_id的隐藏列作为主键。所以row_id是在没有自定义主键以及Unique键的情况下才会存在的。

行溢出数据

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：

mysql> CREATE TABLE varchar_size_demo(
    -> c VARCHAR(65535)
    -> ) CHARSET=ascii ROW_FORMAT=Compact;
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
mysql>

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，比如说我们为了存储一个VARCHAR(M)类型的列，其实需要占用3部分存储空间：

　　1. 真实数据

　　2. 变长字段真实数据的长度

　　3. NULL值标识

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。

mysql> CREATE TABLE varchar_size_demo(
    -> c VARCHAR(65532)
    -> ) CHARSET=ascii ROW_FORMAT=Compact;
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)

CREATE TABLE varchar_size_demo(
    c VARCHAR(65533) not null
) CHARSET=ascii ROW_FORMAT=Compact;
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)

记录中的数据太多产生的溢出

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。

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，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。

Dynamic和Compressed行格式

这两种行格式类似于COMPACT行格式，只不过在处理行溢出数据时有点儿分歧，它们不会在记录的真实数据处存储一部分数据，而是把所有的数据都存储到其他页面中，只在记录的真实数据处存储其他页面的地址。另外，Compressed行格式会采用压缩算法对页面进行压缩。