MySQL提升笔记（4）InnoDB存储结构

喜欢ヅ旅行 2023-01-14 01:50 165阅读 0赞

这一节本来计划开始索引的学习，但是在InnoDB存储引擎的索引里，存在一些数据存储结构的概念，这一节先了解一下InnodDB的逻辑存储结构，为索引的学习打好基础。

从InnoDB存储引擎的存储结构看，所有数据都被逻辑地放在一个空间中，称之为表空间（tablespace）、区（extent）、页（page）组成，页在一些文档中也被称之为块（block）。

# 1、InnoDB逻辑存储结构 #

InnoDB存储引擎的逻辑存储结构大致如图：

![InnoDB逻辑存储结构][InnoDB]

这张图更清晰地展示了这些空间的包含关系：

![innodb\_tablespace][innodb_tablespace]

## 1.1、表空间（Tablespace） ##

表空间可以看做InnoDB逻辑结构的最高层，所有的数据都放在表空间中。

在默认情况下，InnoDB存储引擎都有一个共享表空间ibdata1，即所有数据都存放在这个表空间内。如果用户启用了参数`innodb_file_per_table`，则每张表内的数据可以单独放到一个表空间内。

如果启用了`innodb_file_per_table`参数，也需要注意，每张表的表空间存放的只是数据、索引和插入缓冲Bitmap页，其它类的数据，如回滚（undo）信息，插入缓冲索引页、系统事务信息，二次写缓冲等还是存放在原来的共享表空间内。

## 1.2、段（Segment） ##

表空间是由各个段组成的，常见的段有数据段、索引段、回滚段等。

InnoDB存储引擎表是索引组织（`index organized`）的，因此数据即索引，索引即数据。那么数据段即为B+树的叶子节点（Leaf node segment），索引段即为B+树的非索引节点（Non-leaf node segment），这些内容在后面的索引学习里会详细介绍。

## 1.3、区（extend） ##

区是由连续页组成的空间，在任何情况下每个区的大小都为1MB。为了保证区中页的连续性，InonoDB存储引擎一次从磁盘申请4-5个区。在默认情况下，InnoDB存储引擎的页的大小为16KB，即一个区中应有64个连续的页。

InnoDB1.0.x版本开始引入压缩页，每个页的大小可以通过参数KEY\_BLOCK\_SIZE设置为2K、4K、8K，因此每个区对应的页尾512、256、128.

InnoDB1.2.x版本新增了参数innodb\_page\_size，通过该参数可以将默认页的大小设置为4K、8K，但是页中的数据不是压缩的。

但是有时候为了节约磁盘容量的开销，创建表默认大小是96KB，区中是64个连续的页。（对于一些小表）

## 1.4、页（page） ##

页是InnoDB存储引擎磁盘管理的最小单位，每个页默认16KB；InnoDB存储引擎从1.2.x版本开始，可以通过参数innodb\_page\_size将页的大小设置为4K、8K、16K。

若设置完成，则所有表中页的大小都为innodb\_page\_size，不可以再次对其进行修改，除非通过mysqldump导入和导出操作来产生新的库。

innoDB存储引擎中，常见的页类型有：

✅ 数据页（B-tree Node)

✅ undo页（undo Log Page）

✅ 系统页 （System 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（Uncompressed BLOB Page）

✅ 压缩的二进制大对象页 （compressed BLOB Page）

## 1.5、行（row） ##

InnoDB存储引擎是面向行的（row-oriented)，也就是说数据是按行进行存放的，每个页存放的行记录也是有硬性定义的，最多允许存放16KB/2-200，即7992行记录。

# **2、InnoDB** 行记录格式 #

**InnoDB** 存储引擎和大多数数据库一样（如 **Oracle** 和 **Microsoft** **SQL** **Server** 数据库），记录是以行的形式存储的。这意味着页中保存着表中一行行的数据。在 **InnoDB** 1.0x 版本之前，**InnoDB** 存储引擎提供了 **Compact** 和 **Redundant** 两种格式来存放行记录数据，这也是目前使用最多的一种格式。

## 2.1、Compact 行记录格式 ##

**Compact** 行记录是在 **MySQL** 5.0 中引人的，其设计目标是髙效地存储数据。简单来说,一个页中存放的行数据越多，其性能就越髙。

下图显示了 **Compact** 行记录的存储方式：

![\*\*Compact\*\* 行记录][Compact_]

**Compact** 行记录格式的首部是一个非 **NULL** 变长字段长度列表，并且其是按照列的顺序逆序放置的，其长度为：

*  若列的长度小于 255 字节，用 1 字节表示；
 *  若大于 255 个字节，用2 字节表示。

变长字段的长度最大不可以超过 2 字节，这是因在 **MySQL** 数据库中 **VARCHAR** 类型的最大长度限制为 65535。变长字段之后的第二个部分是 **NULL** 标志位，该位指示了该行数据中是否有 **NULL** 值，有则用 1 表示。

接下来的部分是记录头信息（**record** **header**)，固定占用5 字节（40 位)。每位含义见表：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>名称</th> 
   <th>大小（bit）</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>()</td> 
   <td>1</td> 
   <td>未知</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>()</td> 
   <td>1</td> 
   <td>未知</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>deleted_flag</td> 
   <td>1</td> 
   <td>该行是否已被删除</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>min_rec_flag</td> 
   <td>1</td> 
   <td>如果该行记录是预定义为最小的记录，为1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>n_owned</td> 
   <td>4</td> 
   <td>该记录拥有的记录数，用于<code>Slot</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>heap_no</td> 
   <td>13</td> 
   <td>索引堆中该条记录的索引号</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>record_type</td> 
   <td>3</td> 
   <td>记录类型，000（普通），001（B+Tree节点指针），010（Infimum），011（Supremum）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>next_record</td> 
   <td>16</td> 
   <td>页中下一条记录的相对位置</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Total</td> 
   <td><code>40(5Byte)</code></td> 
   <td>nothing</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

最后的部分就是实际存储每个列的数据。

需要特别注意的是，**NULL** 不占该部分任何空间，即 **NULL** 除了占有 **NULL** 标志位，实际存储不占有任何空间。另外有一点需要注意的是，每行数据除了用户定义的列外，还有两个隐藏列，事务 1**D** 列和回滚指针列,分别为 6 字节和 7 字节的大小。若 **InnoDB** 表没有定义主键，每行还会增加一个 6 字节的 **rowid** 列。

**Redundant** 是 **MySQL** 5 . 0 版本之前 **InnoDB** 的 行 记 录 存 储 方 式，这里就不展开。

## 2.2、行溢出数据 ##

**InnoDB** 存储引擎可以将一条记录中的某些数据存储在真正的数据页之外。因为一般数据页默认大小为16KB，假如一个数据页存储不了插入的数据，这时肯定就会发生行溢出。

![行数据溢出][0e496058cfb4ef7f7531bab5c1164830.png]

一般认为 **BLOB**、**LOB** 这类的大对象列类型的存储会把数据存放在数据页之外。但是，**BLOB** 也可以不将数据放在溢出页面，而且即便是 **VARCHAR** 列数据类型，依然有可能被存放为行溢出数据。

# 3、**InnoDB** 数据页结构 #

页是 **InnoDB** 存储引擎管理数据库最小磁盘单位。页类型为 B-tree Node 的页存放的即是表中行的实际数据了。

**InnoDB** 数据页由以下 7 个部分组成:

*  **File** **Header** (文件头）
 *  **Page** **Header** (页头）
 *  **Infimun** 和 **Supremum** **Records**
 *  **User** **Records** (用户记录，即行记录）
 *  **Free** **Space** (空闲空间）
 *  **Page Directory** (页目录）
 *  **File** **Trailer** (文件结尾信息）

![\*\*InnoDB\*\* 存储引擎数据页结构][InnoDB_]

其中 **File** **Header**、**Page** **Header**、**File** **Trailer**的大小是固定的, 分别为 38、56、8 字节，这些空间用来标记该页的一些信息，如 **Checksum**, 数据页所在 **B**\+ 树索引的层数等。**User** **Records**、**Free** **Space**、**Page** **Directory** 这些部分为实际的行记录存储空间，因此大小是动态的。

--------------------

**参考：**

【1】：《MySQL技术内幕 InnoDB存储引擎》

【2】：[MySQL Architecture and Components][]

【3】：[了解 MySQL的数据行、行溢出机制吗？][MySQL]

【4】：[InnoDB数据页结构分析][InnoDB 1]

【5】：[InnoDB数据页结构 ][InnoDB_ 1]  
【6】：[InnoDB – 行记录格式 ][InnoDB _ _]

[InnoDB]: /images/20221022/6739a4f24c684970a8091ee886bdd815.png
[innodb_tablespace]: /images/20221022/98f7c6466692450987e8d6ec3c87206b.png
[Compact_]: /images/20221022/123e86361f0b43cbbccd72ca694af7ea.png
[0e496058cfb4ef7f7531bab5c1164830.png]: /images/20221022/34d96da76e5945b08ebea2206485782b.png
[InnoDB_]: /images/20221022/3a0b98cad15f490a97d49b89d0427059.png
[MySQL Architecture and Components]: https://lalitvc.wordpress.com/2016/11/03/mysql-architecture-and-components/
[MySQL]: https://www.cnblogs.com/zhuchangwu/p/14035330.html
[InnoDB 1]: https://www.jianshu.com/p/9372c8e4a169
[InnoDB_ 1]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIxNTQ3NDMzMw==&mid=2247483678&idx=1&sn=913780d42e7a81fd3f9b747da4fba8ec&chksm=979688eca0e101fa0913c3d2e6107dfa3a6c151a075c8d68ab3f44c7c364d9510f9e1179d94d&mpshare=1&scene=1&srcid=06240BXzIzzl2NMsxdtDNhOd&sharer_sharetime
[InnoDB _ _]: http://zhongmingmao.me/2017/05/07/innodb-table-row-format/