MySQL体系结构，InnoDB存储引擎表、页结构、行记录格式

重点分析表的物理存储特征，即数据在表中是如何组织存放的。也就是说，表就是关于特定实体的数据集合，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，表都是按照主键顺序存放的，这样的存储方式的表称为索引组织表。如果创建表时没有显式的定义主键，则按照如下方式选择或创建主键：

• 判断表中是否有非空的唯一索引（unique not null），如果有，则该列即为主键，如果有多个非空的唯一索引，则选择第一个定义索引的作为主键。
• 如果不符合上述条件，自动创建一个6字节的指针

_rowid 用于查看单个列作为主键的情况，对于多列，无能为力。

4.2 innodb逻辑存储结构

从innodb存储引擎的逻辑存储结构看，所有数据都被逻辑的存放在一个空间中，称之为表空间。表空间由段（segment）、区（extent）、页（page/block 块）组成。

4.2.1 表空间

可以看到，innodb存储引擎逻辑结构的最高层，所有数据都在表空间中。默认情况下，innodb有一个共享表空间（ibdata1），如果启用了参数 innodb_file_per_table，则每张表的数据都可以单独放到一个表空间内。但每张表的表空间内存放的只是数据、索引和插入缓冲 bitmap页。其他类型的数据，如回滚（undo）信息、插入缓冲索引页、系统事务信息、二次写缓冲（doublewrite buffer）还在共享表空间。

innodb存储引擎不会再执行 rollback 时去收缩 ibdata1 这个空间。虽然 innodb 不会回收这个空间，但是会自动判断这些undo 信息是否还需要，如果不需要，则会将这些空间标记为可用空间，供下次undo使用。

4.2.2 段

从上图可知，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。其中数据段即为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）,回滚段后续单独介绍。

4.2.3 区

区是连续的页组成的空间，在任何情况下，都是1mb。默认情况下，innodb存储引擎页的大小为 16 kb，即一个区中一共有 64 个连续的页。innodb 1.2.x 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，但页中的数据库不是压缩，但无论页的大小怎么变化，区的大小总是1mb

用户启用了参数 innodb_file_per_table后，创建的表的默认大小是96kb，区中有64个连续的页，应该是1m才对啊？因为在每个段开始时，先用32个页大小的碎片页（fragment page）来存放数据，在使用完这些页之后才是64个连续页的申请。这样做的目的是，对一些小表，或undo这类的段，可以在开始时申请较少的空间，节省磁盘开销。

4.2.4 页

页是innodb磁盘管理的最小单位 ，默认一个页大小为16 kb。innodb 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）

4.3 innodb行记录格式

innodb 存储引擎的记录是以行的方式存储的。innodb提供了 compact 和 redundant 两种格式来存放行记录数据，redundant 格式是为了兼容之前版本而保留的。在 mysql 5.1 中，默认设置为 compact 格式。

4.3.1 compact 行记录格式

compact 行记录的存储方式如下所示：

 

compact 行记录格式的首部是一个非 null 的变长字段长度列表。并且是按照列的顺序逆序放置的。

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标识。

接下来是记录头信息（record header），固定占用5个字节，40位，每位的含义如下：

名称	大小（bit）	描述
0	1	未知
0	1	未知
deleted_flag	1	该行是否被删除
min_rec_flag	1	为1，表示该记录是预先被定义为最小的记录
n_owned	4	该记录拥有的记录数
heap_no	13	索引堆中该记录的排序记录
record_type	3	记录类型，000标识普通，001标识b+树节点指针，010标识 infimum，011标识supremum，1xx标识保留
next_record	16	页中下一条记录的相对位置
total	40

record header 最后两个字节是 next_record，代表下一个记录的偏移量，即当前记录的位置加上偏移量就是下条记录的起始位置。所以innodb存储引擎是在页内部是通过一种链表的结构来串联各个行记录的。

 

最后的部分就是实际每个列的数据，null不占用该部分任何空间，即null除了占用null标志位，实际存储不占用任何空间。另外，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。若表没有定义主键，还会增加一个6字节的rowid列。

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。存储格式如下：

 

不同于compact，首部是一个字段长度偏移列表，按照列的顺序逆序放置的。

第二个部分是记录头信息，不同于 compact格式，redundant 的记录头占用6个字节，其中 n_fields 值代表一行中列的数量，占用10 位，很好的解释了为什么 mysql数据库一行支持最多的列为 1023

名称	大小（bit）	描述
0	1	未知
0	1	未知
deleted_flag	1	该行是否被删除
min_rec_flag	1	为1，表示该记录是预先被定义为最小的记录
n_owned	4	该记录拥有的记录数
heap_no	13	索引堆中该记录的排序记录
n_fields	10	记录中列的数量
1byte_offs_flag	1	偏移列表为1字节还是2个字节
next_record	16	页中下一条记录的相对位置
total	48

redundant 格式 的 char 类型的null值需要占用空间。

4.3.3 行溢出数据（待续……）

4.3.4 compress 和 dynamic 行记录格式（待续……）

4.3.5 char 的行结构存储（待续……）

4.4 innodb数据页结构

innodb 数据页有以下7部分组成：

• file header（文件头）
• page header（页头）
• infimum 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)

4.4.1 file header

4.4.2 page header

4.4.3 infimum 和 supremum record

在innodb存储引擎中，每个数据页中有两个虚拟的行记录，用来界定记录的边界。infimum 是比该页中任何主键值都要小的值。supremum 指的是比任何可能打的值还要大的值。这两个值在页创建时被建立，并且任何情况下不会删除。

 4.4.4 user record 和 free record

user record 是实际存储行记录的内容，而 free space 指的是空闲空间，也是个链表数据结构。在一条记录被删除后，会加入到空闲链表中。

4.4.5 page directory

页目录中存放了记录的相对位置，有时候，这些记录指针被称为slots（槽）或目录槽（directory slots），innodb 存储引擎的槽是一个稀疏目录，即一个槽中有多个记录。

在 innodb中page directory 是稀疏目录，二叉查找的结果只是粗略的结果，因此 innodb 必须通过 record header 中的 next_record 来继续查找相关记录。同时 page directory 很好的解释了 record header 中的 你_ownedzhi的含义，因为这些记录并不包含在 page directory中

需要牢记的是，b+ 树索引本身并不能找到具体的一条记录，能找到的只是该记录所在的页。数据库把页载入内存，然后通过page directory 再进行二叉查找。

4.4.6 file trailer

为了检测页是否已经完整的写入磁盘（如可能发生的写入过程中的磁盘损坏，机器关机等），innodb的页中设置了 file trailer 部分。

4.5 name file formats 机制（待续……）

4.6 约束

4.6.1 数据完整性

一般来说，数据完整性有以下三种形式：

1. 实体完整性：保证表中有一个主键，用户可通过定义 unique key 或 primary key约束来保证
2. 域完整性：保证数据每列的值满足特定的条件，如合适的数据类型，外键约束，编写触发器，default约束
3. 参照完整性：保证两张表之间的关系，如外键或触发器

4.6.2 约束和索引的区别

当用户创建了一个唯一索引就创建了一个唯一的约束。但是约束更像是一个逻辑的概念，用来保证数据的完整性。而索引是一个数据结构，既有逻辑概念，也代表这物理存储的方式。

4.7 视图

视图是一个命名的虚表，，由一个sql 查询来定义，可以当做表使用，视图中的数据没有实际的物理存储。视图在一定程度上起到了一个安全层的作用。

虽然视图是一个虚表，但用户可以对某些视图进行更新操作，本质就是通过视图的定义来更新基本表。

 转自：https://www.cnblogs.com/jjfan0327/p/12695565.html