第四章 表(上)

表就是关于特定实例的数据集合,这也是关系型数据库模型的核心。
4.1 索引组织表
在InnoDB存储引擎中,表都是根据主键顺序组织存放的,这种存储方式的表称为索引组织表(index organized table)。在InnoDB存储引擎表中,每张表都有个主键(primary key),如果在创建表时没有显式的定义主键,则InnoDB按照如下方式来选择或者创建主键
首先判断表中是否存在有非空的唯一索引,如果有,则该列即为主键
如果不符合上述条件,InnoDB存储引擎自动创建一个6字节大小的指针。
当表中有多个非空的唯一索引时,InnoDB将选择建表时第一个定义的非空唯一索引为主键。

4.2 InnoDB 逻辑存储结构
所有数据都被逻辑地存放在一个空间中,称之为表空间(tablespace)。表空间又由段(segment)、区(extent)、页(page)组成。页在一些文档中有时也称为块(block)。
4.2.1 表空间
所有的数据都存放在表空间中
4.2.2 段
表空间是有各个段组成的,常见的段有数据段、索引段、回滚段等,因为InnoDB存储引擎表是索引组织的,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,索引段即为B+树的非索引节点
4.2.3 区
区是由连续也组成的空间,在任何情况下大小都是1MB。为了保证区中页的连续性,InnoDB存储引擎一次从磁盘申请4~5个区。在默认的情况下,InnoDB存储引擎页的大小为16KB,即一个区中一共有64个连续的页。
InnoDB1.0.x版本开始引入了压缩页,即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数量就应该是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,但是页中的数据库不是压缩。这是区中也的数量同样是256、128,总之,不论页的大小怎样变化,区的大小总是为1M。
4.2.4 页
页是InnoDB磁盘管理的最小单位。在InnoDB存储引擎中,常见的页类型有

  • 数据页
  • undo页
  • 系统页
  • 事务数据页
  • 插入缓冲位图页
  • 插入缓冲空闲列表页
  • 未压缩的二进制大对象页
  • 压缩的二进制大对象页
    4.2.5 行
    InnoDB存储引擎是面向列的(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 行的记录,即7992行的记录

4.3 InnoDB行记录格式
在InnoDB1.0.x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
4.3.1 Compact行记录格式

compact行记录的格式

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,若列的长度小于255字节,用1字节表示,若大于255字节,用2字节表示。变长字段的长度最大不可以超过两字节,这是因为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是否有NULL值,有则用1表示。该部分占1字节
接下来是记录头信息(record header),固定占用5字节
Compact记录头信息.png

最后的部分就是实际存储每个列的数据。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ID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。

不管是CHAR类型还是VARCHAR类型,在compact格式下NULL值不占任何存储空间

4.3.2 Redundant行记录格式
Redundant是MySQL5.0版本之前InnoDB的行记录存储方式,MySQL5.0支持Redundant是为了兼容之前版本的格式

Redundant行记录格式.png

Redundant行记录格式的首部是一个字段长度偏移列表,同样是按照列的顺序逆序放置的。若列的长度小于255字节,用1字节表示,若大于255字节,用2字节表示。第二部分为记录头信息(record header),占用6字节(48位)


redundant记录头信息.png

n_fields值代表一行中列的数量,占用10位。同时这很好的解释了为什么MySQL数据库一行支持最多的列为1023.
对于VARCHAR类型的NULL值,Redundant行记录格式同样不占用任何存储空间,而CHAR类型的NULL值需要占用空间

4.3.3 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面之外。一般认为BLOB,LOB这类的大对象类型的存储会把数据存放在数据页面之外。但是,这种理解有点偏差,BLOB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。
InnoDB存储引擎并不支持 65535 长度的VARCHAR。这是因为还有别的开销,通过实际测试发现能存放VARCHAR类型的最大长度为65532。如果没有讲SQL MODE设置为严格模式,VARCHAR的长度为65535是可以建表的,不过MySQL数据库会抛出一个warning,warning提示这次可以创建是因为MySQL数据库自动将VARCHAR类型转换成了TEXT类型。上述讲的创建VARCHAR类型长度为 65532 的表,其字符类型是latin1(ISO-8859-1,8位字符集),如果换成GBK(16位字符集)或者UTF-8(utf编码是不定长编码,每一个字符的长度从1-6个字节不等),即使创建列的VARCHAR长度是 65532 ,也会提示报错,说明VARCHAR(N)中的 N 指的是字节长度而不是字符长度(4.X之前按字节,5.0之后按字符)。特别需要注意的是,MySQL官方手册中定义的 65535 长度是指所有 VARCHAR列的长度总和,而不是单个列的,如果列的长度总和超出这个长度,依然无法创建。

InnoDB存储引擎的页为16KB,即16384字节,怎么能存放65535 字节呢?因此一般情况下,InnoDB存储引擎的数据都是存放在页类型为B-tree node中。但是当发生行溢出时,数据存放在页类型为Uncompress BLOB页中。

那么多长的VARCHAR是可以保存在单个数据页中的,从多长开始又会保存在BLOB页呢?InnoDB存储引擎是索引组织的,即B+树的结构,这样每个页中至少应该有两条行记录,否则变成了链表,失去了B+ 树的意义。因此,如果页中只能存放下一条记录,那么InnoDB存储引擎会自动将行数据存放到溢出页中。经过多次测试,发现这个阈值是 8098 。
对于TEXT和BLOB的数据类型,用户总是以为它们是存放在Uncompressed BLOB page中的,其实不然。放在数据页还是BLOB页和前面说的VARCHAR一样,至少能保证一个页能存放两条记录。

4.3.4 Compressed和Dynamic行记录格式
InnoDB1.0.x版本开始引入了新的文件格式,以前支持的Compact和Redundant格式称为Antelope文件格式,新的文件格式称为Barracuda文件格式。Barracuda文件格式下拥有两种新的行记录格式:Compressed和Dynamic。
新的两种记录格式对于存放在BLOB中数据采用完全的行溢出方式,在数据页中只存放20个字节的指针,实际的数据都存放在Off Page中,而之前的Compact和Redundant两种格式会存放768个前缀字节

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