SQL Server 堆表行存储大小（Record Size）

一.本文所涉及的内容（Contents）

1. 本文所涉及的内容（Contents）
2. 背景（Contexts）
3. 堆表行记录存储格式（Heap）
4. 案例分析（Case）
5. 参考文献（References）

二.背景（Contexts）

　　有的时候你需要计算堆表的一行记录有多大？又或者想计算一个数据页（8K）能保存多少条记录？字段类型是设计成nchar还是nvarchar？他们有什么区别呢？在做数据库表设计的时候会经常出现这些问题。要计算一行记录的大小，并不是简单把列字段类型大小直接相加就行的，具体原因请看下文。

三.堆表行记录存储格式（Heap）

　　下面是计算堆表行记录大小的公式，它引自MSDN：估计堆的大小

计算公式：Row_Size = Fixed_Data_Size + Variable_Data_Size + Null_Bitmap + 4

= 所有固定长度列的总字节大小 + 可变长度数据的大小 + Null位图 + 数据行的行标题开销

　　单看上面的计算公式是比较难理解的，而且MSDN并没有提供相关的说明，比如上面公式最后的4代表什么意思？我参考了一些书籍之后整理出下面更容易理解的堆记录存储格式图，希望能帮助大家理解：

（Figure1：堆表记录存储格式）

四.案例分析（Case）

　　本文针对堆表数据页的存储做一个测试，测试不同数据类型的存储大小，测试的数据类型包括：int、char、nchar和nvarchar，测试后你会理解什么是定长类型、什么是变长类型，他们在存储上有什么区别；

(一) 首先创建一个测试数据库；

/******* Step1:创建示例数据库*******/
USE master
GO
IF EXISTS(SELECT name FROM sys.databases WHERE name = 'RecordSize_DB')
DROP DATABASE RecordSize_DB
GO
CREATE DATABASE RecordSize_DB
GO

(二) 接着在数据库中创建3个不同的堆表：[HeapPage_char]、[HeapPage_nchar] 和[HeapPage_nvarchar]，3个表分别代表：char、nchar和nvarchar不同数据类型的存储；

USE RecordSize_DB
GO
/******* Step2:创建个堆表*******/
CREATE TABLE [dbo].[HeapPage_char](
    [id] [int] IDENTITY(1,1) NOT NULL,
    [names] [char](10) NULL
) ON [PRIMARY]
GO

CREATE TABLE [dbo].[HeapPage_nchar](
    [id] [int] IDENTITY(1,1) NOT NULL,
    [names] [nchar](10) NULL
) ON [PRIMARY]
GO

CREATE TABLE [dbo].[HeapPage_nvarchar](
    [id] [int] IDENTITY(1,1) NOT NULL,
    [names] [nvarchar](10) NULL
) ON [PRIMARY]
GO

(三) 再接着就是在3个不同的堆表插入相同的数据；

/******* Step3:分别插入测试数据*******/
INSERT INTO [HeapPage_char](names) values('XX')
GO
INSERT INTO [HeapPage_char](names) values('XXXX')
GO 2

INSERT INTO [HeapPage_nchar](names) values('XX')
GO
INSERT INTO [HeapPage_nchar](names) values('XXXX')
GO 2

INSERT INTO [HeapPage_nvarchar](names) values('XX')
GO
INSERT INTO [HeapPage_nvarchar](names) values('XXXX')
GO 2

(四) 返回3个测试表数据；

-- 返回表数据
SELECT * FROM [HeapPage_char]
SELECT * FROM [HeapPage_nchar]
SELECT * FROM [HeapPage_nvarchar]

（Figure2：HeapPage_char）

（Figure3：HeapPage_nchar）

（Figure4：HeapPage_nvarchar）

(五) 通过开启3604跟踪和DBCC PAGE命令查询数据的存储信息；

/******* Step4:查看各表数据页大小*******/
--开启跟踪
DBCC TRACEON(3604)
--查看表信息
DBCC IND(RecordSize_DB,HeapPage_char,-1)

上面的命令会返回如下图所示的信息：

（Figure5：堆表HeapPage_char）

上图返回结果都会因为每次创建而有所不同，你需要根据每次不同的值来填写下面的DBCC命令中的参数。上图第一行记录为IAM page，第二行为data page（数据页），这里是查看数据页的内容，在参数中填入PageFID=1和PagePID=80

--查看PAGE信息
DBCC PAGE(RecordSize_DB,1,80,1)

执行上面的DBCC PAGE命令将返回下面信息：

DATA:
Slot 0, Offset 0x60, Length 21, DumpStyle BYTE

Record Type = PRIMARY_RECORD         Record Attributes =  NULL_BITMAP     Record Size = 21

Memory Dump @0x6523C060

00000000:   10001200 01000000 58582020 20202020 †........XX
00000010:   20200200 00††††††††††††††††††††††††††  ...                    

Slot 1, Offset 0x75, Length 21, DumpStyle BYTE

Record Type = PRIMARY_RECORD         Record Attributes =  NULL_BITMAP     Record Size = 21

Memory Dump @0x6523C075

00000000:   10001200 02000000 58585858 20202020 †........XXXX
00000010:   20200200 00††††††††††††††††††††††††††  ...                    

Slot 2, Offset 0x8a, Length 21, DumpStyle BYTE

Record Type = PRIMARY_RECORD         Record Attributes =  NULL_BITMAP     Record Size = 21

Memory Dump @0x6523C08A

00000000:   10001200 03000000 58585858 20202020 †........XXXX
00000010:   20200200 00††††††††††††††††††††††††††  ...                    

OFFSET TABLE:
Row - Offset
2 (0x2) - 138 (0x8a)
1 (0x1) - 117 (0x75)
0 (0x0) - 96 (0x60)  

从上面的信息我们可以知道3条记录的长度都是：Record Size = 21，这个值是怎么算出来的呢？公式可以参考：估计堆的大小

计算公式：Row_Size = Fixed_Data_Size + Variable_Data_Size + Null_Bitmap + 4

= 所有固定长度列的总字节大小 + 可变长度数据的大小 + Null位图 + 数据行的行标题开销

计算过程：

Fixed_Data_Size = 所有固定长度列的总字节大小 = 4+10（int大小为4个字节，char(10)固定大小为10个字节）

Variable_Data_Size = 2 + (Num_Variable_Cols x 2) + Max_Var_Size

　　Num_Variable_Cols = 可变长度列数 = 0（没有可变长度列）

　　Max_Var_Size = 所有可变长度列的最大总字节大小 = 0

Variable_Data_Size = 0（如果没有可变长度列，请将 Variable_Data_Size 设置为 0）

Null_Bitmap = 2 + ((Num_Cols + 7) / 8)

　　Num_Cols = 总列数（固定长度和可变长度）= 2（id、names两个列）

　　Null_Bitmap = 3（只保留整数部分，放弃所有余数）

Row_Size = Fixed_Data_Size + Variable_Data_Size + Null_Bitmap + 4

　　= 14 + 0 + 3 +4 = 21（与上面Record Size = 21符合）

(六) 接下来，我们来看看HeapPage_nchar表的存储大小会有什么不同：

--查看表HeapPage_nchar
DBCC ind(RecordSize_DB,HeapPage_nchar,-1)

（Figure6：堆表HeapPage_nchar）

--查看PAGE信息
DBCC PAGE(RecordSize_DB,1,90,1)

DATA:
Slot 0, Offset 0x60, Length 31, DumpStyle BYTE

Record Type = PRIMARY_RECORD         Record Attributes =  NULL_BITMAP     Record Size = 31

Memory Dump @0x61ADC060

00000000:   10001c00 01000000 58005800 20002000 †........X.X. . .
00000010:   20002000 20002000 20002000 020000†††† . . . . . ....          

Slot 1, Offset 0x7f, Length 31, DumpStyle BYTE

Record Type = PRIMARY_RECORD         Record Attributes =  NULL_BITMAP     Record Size = 31

Memory Dump @0x61ADC07F

00000000:   10001c00 02000000 58005800 58005800 †........X.X.X.X.
00000010:   20002000 20002000 20002000 020000†††† . . . . . ....          

Slot 2, Offset 0x9e, Length 31, DumpStyle BYTE

Record Type = PRIMARY_RECORD         Record Attributes =  NULL_BITMAP     Record Size = 31

Memory Dump @0x61ADC09E

00000000:   10001c00 03000000 58005800 58005800 †........X.X.X.X.
00000010:   20002000 20002000 20002000 020000†††† . . . . . ....          

OFFSET TABLE:

Row - Offset
2 (0x2) - 158 (0x9e)
1 (0x1) - 127 (0x7f)
0 (0x0) - 96 (0x60)  

套用上面的公式：

计算公式：Row_Size = Fixed_Data_Size + Variable_Data_Size + Null_Bitmap + 4

= 所有固定长度列的总字节大小 + 可变长度数据的大小 + Null位图 + 数据行的行标题开销

计算过程：

Fixed_Data_Size = 所有固定长度列的总字节大小 = 4+10*2（int大小为4个字节，nchar(10)固定大小为20个字节）

Variable_Data_Size = 2 + (Num_Variable_Cols x 2) + Max_Var_Size

　　Num_Variable_Cols = 可变长度列数 = 0（没有可变长度列）

　　Max_Var_Size = 所有可变长度列的最大总字节大小 = 0

Variable_Data_Size = 0（如果没有可变长度列，请将 Variable_Data_Size 设置为 0）

Null_Bitmap = 2 + ((Num_Cols + 7) / 8)

　　Num_Cols = 总列数（固定长度和可变长度）= 2（id、names两个列）

　　Null_Bitmap = 3（只保留整数部分，放弃所有余数）

Row_Size = Fixed_Data_Size + Variable_Data_Size + Null_Bitmap + 4

　　= + 0 + 3 +4 = 31（与上面Record Size = 31符合）

　　总结：从上面测试结果来看：char(10)与nchar(10)是固定长度数据类型，无论你保存多少内容，在数据页中会为记录保留固定长度的空间，而char(10)与nchar(10)的区别是nchar(10)占用的空间是char(10)的两倍；

(七) 接下来，我们来看看HeapPage_nvarchar表的存储大小又有什么不同：

--查看表HeapPage_nvarchar
DBCC ind(RecordSize_DB,HeapPage_nvarchar,-1)

（Figure7：堆表HeapPage_nvarchar）

--查看PAGE信息
DBCC PAGE(RecordSize_DB,1,94,1)

DATA:
Slot 0, Offset 0x60, Length 19, DumpStyle BYTE

Record Type = PRIMARY_RECORD         Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 19
Memory Dump @0x61ADC060

00000000:   30000800 01000000 02000001 00130058 †0..............X
00000010:   005800†††††††††††††††††††††††††††††††.X.                      

Slot 1, Offset 0x73, Length 23, DumpStyle BYTE

Record Type = PRIMARY_RECORD         Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 23
Memory Dump @0x61ADC073

00000000:   30000800 02000000 02000001 00170058 †0..............X
00000010:   00580058 005800††††††††††††††††††††††.X.X.X.                  

Slot 2, Offset 0x8a, Length 23, DumpStyle BYTE

Record Type = PRIMARY_RECORD         Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 23
Memory Dump @0x61ADC08A

00000000:   30000800 03000000 02000001 00170058 †0..............X
00000010:   00580058 005800††††††††††††††††††††††.X.X.X.                  

OFFSET TABLE:

Row - Offset
2 (0x2) - 138 (0x8a)
1 (0x1) - 115 (0x73)
0 (0x0) - 96 (0x60)      

套用上面的公式：

计算公式：Row_Size = Fixed_Data_Size + Variable_Data_Size + Null_Bitmap + 4

= 所有固定长度列的总字节大小 + 可变长度数据的大小 + Null位图 + 数据行的行标题开销

计算过程：

Fixed_Data_Size = 所有固定长度列的总字节大小 = 4（int大小为4个字节）

Variable_Data_Size = 2 + (Num_Variable_Cols x 2) + Max_Var_Size

　　Num_Variable_Cols = 可变长度列数 = 1（names列的数据类型是nvarchar）

　　Max_Var_Size = 所有可变长度列的最大总字节大小 = 第一行记录是2*2；第二、三行记录是2*4

　　第一行记录Variable_Data_Size = 2 + (1 * 2) + (2*2) = 8

　　第二、三行记录Variable_Data_Size = 2 + (1 * 2) + (2*4) = 12

Null_Bitmap = 2 + ((Num_Cols + 7) / 8)

　　Num_Cols = 总列数（固定长度和可变长度）= 2（id、names两个列）

　　Null_Bitmap = 2 + ((2 + 7) / 8) = 3（只保留整数部分，放弃所有余数）

Row_Size = Fixed_Data_Size + Variable_Data_Size + Null_Bitmap + 4

　　第一行记录Row_Size = 4 + 8 + 3 + 4 = 19（与上面第一行记录Record Size = 19符合）

　　第二、三行记录Row_Size = 4 + 12 + 3 + 4 = 23（与上面第二、三行记录Record Size = 23符合）

　　总结：从上面结果来看：nvarchar(10)是变长度数据类型，你输入字符串有多少就存储多少内容，这就是定长数据类型与变长数据类型的区别，从第一行记录（占用19 Bytes）与第二、三行记录（占用23 Bytes）占用了不同的数据空间可以证实这一点；而nchar(10)与nvarchar(10)一样，都属于Unicode编码，所以占用的空间是非Unicode编码的2倍；

五.参考文献（References）

估计堆的大小

估计数据库的大小

SQL SERVER单页数据存储行数计算

SQL Server页中行物理存储

SQL Server计算数据库中表、堆、聚集索引和非聚集索引的大小

SQL Server 2008连载之存储结构

Stairway to SQL Server Indexes（中文：SQL Server索引进阶）