MySQL InnoDB存储引擎之表(一)

主要介绍InnoDB存储引擎表的逻辑存储以及实现。重点介绍数据在表中是如何组织和存放的。

1.索引组织表(index organized table)

在InnoDB存储引擎中，表都是根据主键顺序组织存放的，这种存储方式的表叫索引组织表。在InnoDB存在引擎表中，每张表都有个主键(Primary key)，如果在创建表时没有显示定义主键，则会按照如下方式选择或者创建主键：a.判定是否有非空的唯一索引(unique not null)，如果有则该列即为主键。若果有多个，则选择建表是第一个定义的非空位于索引为主键。注意:主键的选择根据的是定义索引的顺序，而不是建表时的列的顺序。 b.如果不存在唯一索引，InnoDB存储引擎字段创建一个6字节大小的指针。

2.InnoDB逻辑存储结构

在InnoDB存储引擎中，所有的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之为块(block)。InnoDB存储引擎的逻辑存储结构如下图。



下边我们就分别介绍一下。

A.表空间

可以看见InnoDB存储引擎逻辑结构的最高层，所有的数据都存放在表空间中。表空间又分为独立表空间和共享表空间。通过参数innodb_file_per_table参数来决定使用何种类型的表空间。但是需要注意的是独立表空间内只存放数据、索引和插入缓冲页，其他的数据，如回滚(undo)信息、插入缓冲索引页、系统事务信息、二次写缓冲(double write buffer)等还是放置在原来的共享表空间中。

B.段

表空间由各个段组成。常见的段有数据段、索引段、回滚段等。InnoDB存储引擎是索引组织表，因此数据及索引，索引即数据。数据段即为B+树的叶子点(leaf node segment)，索引段为B+数据的非索引节点(non-leaf node segment)。回滚段比较特殊以后在介绍。段都是引擎自身管理的。

C.区

区是由连续页组成的空间。InnoDB存储引擎页的大小为16KB，一个区有64个连续的页组成，所以每个区的大小都是1MB。InnoDB 1.0.x版本开始引入压缩页，即每个页的大小可以在建表时通过参数key_block_size设置为2K、4K、8K，因此每个区对于页的数量就为512、256、126。InnoDB 1.2.X版本新增参数innodb_page_size将默认页的大小设置为4K、8K，但是页中的数据不是压缩，这是其中的数量同样为256、128。一句话，不论页的大小怎么变化，区的大小不变1M。但是有这样一个问题：在开启独立表空间之后，创建的表默认大小是96K，区中是64个连续的页，创建的表空间应该是1M才对呀？这是因为在每个段的开始时，先用32个页大小的碎片页(fragment
page)来保存数据，在使用完这些页之后才是64个连续的页的申请。这样做是对于一些小表或者undo这类的段，可以在开始时申请较少的空间，节省磁盘容量的开销。

D.页

页是InnoDB磁盘管理的最小单位。默认大小为16K，可以通过innodb_page_size将页的大小设置为4K、8K、16K，则所有表中页的大小都为设置值，不可以对其再次修改。除非通过mysqldump导入和导出操作来产生新的库。常见的页的类型有:数据页(B-tree Node)、undo页(unod Log Page)、系统页(System Page)、事务数据页(Transaction system Page)、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)、压缩的二进制对象页(compressed BLOB Page)

E.行

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，最多运行存放16K/2-200行的记录，即7992行记录。

3.InnoDB行记录格式

InnoDB存储引擎的记录是以行的形式存储的，这就表明页中保存着表中一行行的数据。其类型有REDUNDANT、 COMPACT、COMPRESS、DYNAMIC四种。可以通过show table status;来查看当前库中每张表的数据格式如下图:



A.COMPACT

在MySQL 5.0中引入，其设计目标是高兴的存储数据。也就是一个页中存放的行数据越多，其性能越高。compact行记录的存放方式:



有图可知，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个字节，用1字节表示;

若大于255个字节，用2字节表示。

变长字段之后的第二个部分是NULL标志位，该位置指示了该行数据中是否有NULL值，有这用1表示。该部分占1个字节。接下来就是占用5个字节的记录头信息(record header)，每位的含义如下图:



最后的部分就是实际存储每列的数据。注意NULL不占该部分的任何空间，也就是说NULL除了占有NULL标志位，实际存储不占任何空间。每行除了用户定义的列外，还有2个隐藏列(事务ID列(6字节)和回滚指针列(7字节))。若InnoDB表没有定义主键，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值都不占用任何存储空间。

COMPACT行格式特点：

每个也记录都有5字节长度域，用于指向下一个连续的页，并且可用于实现行锁

有个变长域，存储页中有多少可能为NULL的字段数，长度为 CEILING(N/8)字节，同时也需要用1~2字节存储边长字段所需长度

所有非NULL的变长字段，用1~2字节存储其长度信息

行记录头部域之后，紧跟着就是所有非NULL的字段

UTF8字符集的CHAR(N)字段，优先删除末尾空格，尝试用N字节存储，并且再预留N个字节用于后续数据更新，避免产生碎片

B.REDUNDANT

redundant是MySQL 5.0版本之前InnoDB的行记录存储方式。如图：


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。第二个部分记录头信息(record header)。如下图:


最后的部分就是时间存储的每个列的数据。

REDUNDANT行格式特点：

每个页包含6字节ROWID，用于指向下一个连续的页，并且可用于实现行锁

聚集索引中包含所有字段，并且包含额外的6字节TRX_ID，和7字节ROLL_PTR

如果没显式主键，则使用隐含的6字节ROWID作为主键

行记录中存储指向全部字段的指针，字段长度小于128字节时，该指针占用1字节，否则需要2字节

类似CHAR的定长类型字段，也采用固定宽度存储，并且不删除末尾的空格

类似VARCHAR变长类型字段中NULL不会占用实际存储空间，而CHAR定长类型字段中，NULL则占用相应的字节数

C.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正在的数据页之外。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。这个理解有点偏差，BLOB等可以不将数据房子溢出页面，而且即使是varchar列数据类型依然有可能被存放为行溢出数据。这个主要取决于实际存放的数据。

D.COMPRESS和DYNAMIC

innodb 1.0.x版本引入了新的文件格式(file format)，以前支持的compact和redundant格式称为Antelope文件格式，而新的文件格式称为Barracuda文件格式。其Barracuda包括两种新的行记录格式:Compressd和Dynamic。新的两种记录格式对呀存放在BLOB中的数据采用完全的行溢出的方式，在数据页中只存放20个字节的指针，时间的数据存放在Off Page中。而之前的Compact和Redundant会存放钱768个前缀字节

COMPACT与REDUNDANT的区别

COMPACT相比REDUNDANT约可节省20%左右， COMPRESS相比COMPACT约可节省50%左右，但会导致CPU消耗增加，TPS可能只有原来的10%

类似CHAR的定长类型，也采用固定宽度存储，并且不删除末尾的空格（VARCHAR则会删除空格）

所有辅助索引存储了那些在主键定义中存在，但不在辅助索引中存在字段（提高辅助索引检索效率）

DYNAMIC、COMPRESSED格式中，长字段只存储20字节，其余全部off-page（实际长度40字节以内的，则不会发生off-page，哪怕是text/blob）

未完待续。。。