【Mysql】InnoDB 引擎中的数据页结构

2022-10-27 10:26:20

InnoDB 是 mysql 的默认引擎，也是我们最常用的，所以基于 InnoDB，学习页结构。而学习页结构，是为了更好的学习索引。

一、页的简介

页是 InnoDB 管理存储空间的基本单位，一个页的大小一般是 16kb。

为了达成不同的目的，作者设计了多种类型的页，比如：

存放表空间头部信息的页
存放 change buffer 信息的页
存放 inode 信息的页
存放 undo 日志信息的页
... ...

然而我们最关心的，还是那些存放进表中那些数据记录是在哪种页上，官方称这种存放记录的页为索引（INDEX）页，但是为了便于理解，本篇暂把它称为数据页。

二、数据页的结构

这数据页也有 16kb 的存储空间，可以大致划分为 7 个部分。

从结构图中可以看到，有些部分的占用字节数是确定的，有的是不确定的。我们最关心的用户存储的记录，在 User Records部分。

不过，在一开始生成页的时候，并没有 User Records 部分。当有新的记录插入时，就会从 Free Space部分申请一个记录大小的空间，然后划分到 User Records 部分，直到 Free Space 全部被 User Records 替代，表示这个页已经用完。如果还有新的记录插入，需要申请新的页。

我觉得这里可以把这个数据页当作是书本的页，书页上的内容通常是一行行的呈现，当整个页都用完了，就得翻到下一页（新页）去继续写了。

三、记录在页中的存储结构

那么，User Records 部分里的这些记录，是如何管理的呢？

先来建一张表：

CREATE TABLE pingguo_demo(
	c1 INT,
	c2 INT,
	c3 VARCHAR(10000),
	PRIMARY KEY (c1)
	) CHARSET = ASCII ROW_FORMAT = COMPACT;

这里的指定使用行格式为 COMPACT（引擎中还存在其他的行格式），暂且知道 COMPACT 即可。

当我们在数据库的插入了一条记录后，其实背后的行格式是这样的：

注意这里橙色标识的记录头信息，它又包含了很多重要信息：

预留位1：占用 1 比特，没有使用。
预留位2：占用 1 比特，没有使用。
deleted_flag：占用 1 比特，标记该记录是否被删除。
min_rec_flag：占用 1 比特，在 B+ 树（后面索引会讲到）中每层非叶子节点中的最小的目录项，都会添加此标记。
n_owned：一个页面中的记录被分为若干个组，每个组里有一个记录是“大哥”，其他记录都是“小弟”。而这位“大哥”记录的 n_owned 就是所在组的所有记录条数，而小弟们的 n_owned 都是 0
heap_no：占用 13 比特，表示当前记录在页面堆中的相对位置。
record_type：占用 3 比特，表示当前记录的类型，0是普通记录，1是 B+树非叶节点的目录项记录，2是 Infimum 记录，3是 Suprememum 记录。
next_record：占用 16 比特，表示下一条记录的相对位置。

四、记录头信息

现在，向上面新建的表中插入 4 条记录：

INSERT INTO pingguo_demo VALUES
	(1, 100, 'aaaa'),
	(2, 200, 'bbbb'),
	(3, 300, 'cccc'),
	(4, 400, 'dddd');

那么，对应这4条记录的行格式应该为：

注意，这里为了便于记忆，作了简化。另外，记录中的信息实际是二进制位数据，这里为了理解写的是十进制。而且，各条记录在 User Records 中存储是没有空隙的，这里抽象表示。

1. deleted_flag

这个属性用来标记当前记录是否被删除，1 表示被删除，0 表示没有被删除。

嗯？我表里删除了数据居然还在页里。

是的，你以为被删除了，其实还在磁盘上。为什么呢？

因为如果在磁盘上移除这些记录，还要再重新排列其他记录，会带来性能消耗，所以只打了一个删除的标记。

然后，所有的删除的记录会组成一个垃圾链表。而记录在这个链表中所占用的空间称为可重用空间，当后面有新记录插入到表中，它们就可能覆盖掉这些空间。

2. min_rec_flag

在 B+ 树中每层非叶子节点中的最小的目录项，都会添加此标记。这里说的目录项，要后续讲解。

这里4条记录的 min_rec_flag 都是 0，表示都不是 B+ 树非叶子节点中的最小的目录项记录。

3. n_owned

要下一章讲解。

4. heap_no

表示当前记录在页面堆中的相对位置。

上面的4条记录是抽象的描述，实际上这些记录都是一条一条紧密无缝排列在一起的，这就是堆（heap）。

为了方便管理，把一条记录在堆中的相对位置称为 heap_no。

在页面前面的记录 heap_no 相对较小
在页面后面的记录 heap_no 相对较大
每申请一条记录的存储空间时，该记录比物理位置在它之前的那条记录的 heap_no 值大 1

上述 4 条记录的 heap_no 分别为 2、3、4、5，嗯？怎么没有 0 和 1？

虚拟记录-Infimum 和 Supremum

这个在本文第二部分有提到过。其实这2条记录是页里自动添加的：

Infimum：代表页面中的最小记录
Supremum：代表页面中的最大记录

作者规定，无论向页中插入了多少条记录，任何用户记录都比 Infimum 记录大，都比 Supremum 记录小。

这 2 条虚拟记录的结构也很简单。

所以，对于上面插入的 4 条用户记录，还应该加上这2个默认记录，而且位置最靠前。

另外，还需要注意，当堆中记录的 heap_no 值分配后，就不会发生改动。即使删除了堆中的某条记录，这条被删记录的 heap_no 值也仍然不变。

5. record_type

这个属性表示当前记录的类型，共 4 种：

0：表示普通记录
1：表示 B+ 树非叶节点的目录项记录
2：表示 Infimum 记录
3：表示 Supremum 记录

6. next_record

这个属性很重要，表示从当前记录的真实数据到下一条记录的真实数据之间的距离。

属性值为正数：说明当前记录的下一条记录在当前记录的后面。
属性值为负数：说明当前记录的下一条记录在当前记录的前面。

比如，第 1 条记录的 next_record 值为 32，那么从此记录的真实数据地址向后找 32 字节就是下一条记录的真实数据。再比如，当值为 -111，那么就代表从此记录向前找 111 字节。

很熟悉？没错，就是链表。

下一条记录，是指按照主键从小到大排列的下一条。
Infrimum 记录的下一条记录，就是本页中主键值最小的用户记录。
本页主键值最大的用户记录的下一条记录，就是 Supremum 记录。

所以，现在再来重新看下记录之间的示意图，可以用单向链表来描述了：

如果这时候，删掉其中的某条记录，改变的是指针。

本文参考书籍：小孩子4919 《mysql是怎样运行的》

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