java八股文面试[数据库]——Page页的结构

客官°小女子只卖身不卖艺 2024-03-08 06:32 80阅读 0赞

mysql中数据是存储在物理磁盘上的，而真正的**数据处理又是在内存中执行的**。由于磁盘的读写速度非常慢，如果每次操作都对磁盘进行频繁读写的话，那么性能一定非常差。为了上述问题，InnoDB将数据划分为若干页，以页作为磁盘与内存交互的**基本单位**，一般页的**大小为16KB**。这样的话，一次性至少读取**1页数据**到内存中或者将1页数据写入磁盘。**通过减少内存与磁盘的交互次数，从而提升性能**。

其实，这本质上就是一种典型的**缓存设计思想**，一般缓存的设计基本都是从**时间维度或者空间维度**进行考量的：

*  时间维度：如果一条数据正在在被使用，那么在接下来一段时间内大概率还会再被使用。可以认为热点数据缓存都属于这种思路的实现。
 *  空间维度：如果一条数据正在在被使用，那么存储在它附近的数据大概率也会很快被使用。InnoDB的数据页和操作系统的页缓存则是这种思路的体现。

Page是整个InnoDB存储的**最基本构件**，也是InnoDB磁盘管理的**最小单位**，与数据库相关的所有内容都存储在这种Page结构里。

Page分为几种类型，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）等

![image.png][]

**Page 各部分说明**

<table> 
 <thead> 
 <tr> 
 <th>名称</th> 
 <th>占用大小</th> 
 <th>说明</th> 
 </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td>File Header</td> 
 <td>38字节</td> 
 <td>文件头, 描述页信息</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>Page Header</td> 
 <td>56字节</td> 
 <td>页头,页的状态</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>Infimum + Supremum</td> 
 <td>26字节</td> 
 <td>最大和最小记录,这是两个虚拟的行记录</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>User Records</td> 
 <td>不确定</td> 
 <td>用户记录,存储数据行记录</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>Free Space</td> 
 <td>不确定</td> 
 <td>空闲空间,页中还没有被使用的空间</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>Page Directory</td> 
 <td>不确定</td> 
 <td>页目录,存储用户记录的相对位置</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>File Trailer</td> 
 <td>8字节</td> 
 <td>文件尾,校验页是否完整</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  File Header 字段用于记录 Page 的头信息，其中比较重要的是 FIL\_PAGE\_**PREV** 和 FIL\_PAGE\_**NEXT** 字段，通过这两个字段，我们可以找到该页的**上一页和下一页**，实际上所有页通过两个字段可以形成一条**双向链表**
 *  Page Header 字段用于记录 Page 的**状态信息**。
 *  Infimum 和 Supremum 是两个**伪行记录**，Infimum（下确界）记录比该页中任何主键值**都要小**的值，Supremum （上确界）记录比该页中任何主键值**都要大**的值，这个伪记录分别构成了页中**记录的边界**。
 *  User Records 中存放的是实际的数据行记录
 *  Free Space 中存放的是空闲空间，被删除的行记录会被记录成空闲空间
 *  Page Directory 记录着与**二叉查找**相关的信息
 *  File Trailer 存储用于**检测数据完整性**的**校验和等数据**。

**页结构整体上可以分为三大部分，分别为通用部分(文件头、文件尾)、存储记录空间、索引部分。**

1) **通用部分** (File Header&File Trailer )

通用部分 : 主要指文件头和文件尾，将页的内容进行**封装**，通过文件头和文件尾校验的**CheckSum**方式来确保页的**传输是完整**的。

其中比较重要的是在文件头中的 `FIL_PAGE_PREV` 和 `FIL_PAGE_NEXT` 字段，通过这两个字段，我们可以找到该页的上一页和下一页，实际上所有页通过两个字段可以形成一条双向链表

![image.png][image.png 1]

2) **记录部分**(User Records&Free Space)

页的主要作用是存储记录，所以“最小和最大记录”和“用户记录”部分占了页结构的主要空间。另外空闲空间是个灵活的部分，当有新的记录插入时，会从空闲空间中进行分配用于存储新记录

![image.png][image.png 2]

3)**数据目录部分** (Page Directory)

数据页中行记录按照**主键值由小到大顺序串联成一个单链表(页中记录是以单向链表的形式进行存储的**)，且单链表的链表头为最小记录，链表尾为最大记录。并且为了更快速地定位到指定的行记录，通过 `Page Directory`实现**目录的功能**，借助 `Page Directory`使用**二分法快速找到**需要查找的行记录。

![image.png][image.png 3]

###### MySQL中page的作用及用法 ######

######  ######

在使用MySQL进行数据查询时，我们经常会需要分页查询来处理大量的数据。MySQL中的page功能可以帮助我们实现这个目的。本文将介绍MySQL中page的作用及用法。

page的作用

page的作用是将查询结果按照**指定的大小分割成一个或多个页面**。通过page，我们可以**避免在查询大量数据时，一次性将所有结果返回给客户端**，从而提高查询效率和响应时间。

page的用法

在MySQL中，我们可以使用**LIMIT**关键字来使用page功能。LIMIT后面的两个参数分别表示查询结果的**偏移量和限制数量**。

以下是一个简单的使用LIMIT实现分页查询的示例：

SELECT \* FROM table LIMIT 0,10；

SELECT \* FROM table LIMIT 10,10；

SELECT \* FROM table LIMIT 20,10；

在上述示例中，第一条SQL语句查询表中第1到第10条数据，第二条SQL语句查询表中第11到第20条数据，第三条SQL语句查询表中第21到第30条数据。

除了使用LIMIT关键字，还可以使用**OFFSET**关键字来指定查询结果的偏移量。下面是一个使用OFFSET实现分页查询的示例：

SELECT \* FROM table LIMIT 10 OFFSET 20;

该SQL语句查询表中第21到第30条数据。

需要注意的是，LIMIT语句的性能取决于查询语句中的条件和索引。当查询语句中有WHERE子句时，可以通过建立合适的**索引**来提高查询效率。同时，**OFFSET的值不能太大，否则会导致性能下降**。

另外，MySQL还支持使用两个关键字来实现复杂的分页查询，它们分别是**TOP和ROWNUM。**以下是使用TOP和ROWNUM来实现分页查询的示例：

SELECT TOP 10 \* FROM table WHERE ROWNUM >= 20;

SELECT \* FROM (SELECT \* FROM table WHERE ROWNUM = 20;

第一条SQL语句查询表中第20到第29条数据，第二条SQL语句查询表中第20到第30条数据。

总结

MySQL中的page功能可以帮助我们实现分页查询，从而提高查询效率和响应时间。通过LIMIT和OFFSET等关键字，我们可以轻松地实现分页查询。在使用page功能时，需要注意查询语句中的条件和索引，以及OFFSET的值不能过大。

知识来源：马士兵教育

[MySQL原理篇-page页 - 知乎][MySQL_-page_ -]

[MySQL中page的作用及用法（MySQL中page）-数据库运维技术服务][MySQL_page_MySQL_page_-]

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[MySQL_-page_ -]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/449673959
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