MySQL 一行记录是怎么存储的?

我们每创建一个 database(数据库) 都会在 /var/lib/mysql/ 目录里面创建一个以 database 为名的目录,然后保存表结构和表数据的文件都会存放在这个目录里。

比如,我这里有一个名为 my_test 的 database,该 database 里有一张名为 t_order 数据库表。

[root@xiaolin ~]#ls /var/lib/mysql/my_test
db.opt  
t_order.frm  
t_order.ibd
  • db.opt,用来存储当前数据库的默认字符集和字符校验规则。
  • t_order.frm ,t_order 的表结构会保存在这个文件。在 MySQL 中建立一张表都会生成一个.frm 文件,该文件是用来保存每个表的元数据信息的,主要包含表结构定义。
  • t_order.ibd,t_order 的表数据会保存在这个文件。
    • 表数据既可以存在共享表空间文件(文件名:ibdata1)里,也可以存放在独占表空间文件(文件名:表名字.ibd)。这个行为是由参数 innodb_file_per_table 控制的,若设置了参数 innodb_file_per_table 为 1,则会将存储的数据、索引等信息单独存储在一个独占表空间。
    • 从 MySQL 5.6.6 版本开始,它的默认值就是 1 了,因此从这个版本之后, MySQL 中每一张表的数据都存放在一个独立的 .ibd 文件。

好了,现在我们知道了一张数据库表的数据是保存在「 表名字.ibd 」的文件里的,这个文件也称为独占表空间文件。

 

表空间文件的结构是怎么样的?

表空间由段(segment)、区(extent)、页(page)、行(row)组成,InnoDB存储引擎的逻辑存储结构大致如下图:

1、行(row):

数据库表中的记录都是按行(row)进行存放的

2、页(page)

InnoDB 的数据是按「页」为单位来 读写 ,也就是说,当需要读一条记录的时候,并不是将这个行记录从磁盘读出来,而是 以页为单位,将其整体读入内存

默认每个页的大小为 16KB,也就是最多能保证 16KB 的连续存储空间。

页是 InnoDB 存储引擎磁盘管理的最小单元,意味着数据库每次读写都是以 16KB 为单位的,一次最少从磁盘中读取 16K 的内容到内存中,一次最少把内存中的 16K 内容刷新到磁盘中。

3、区(extent)

B+ 树中每一层都是通过双向链表连接起来的,如果是以页为单位来分配存储空间,如果链表中相邻的两个页之间的物理位置并不是连续的,可能离得非常远,那么磁盘查询时就会有大量的随机I/O,随机 I/O 是非常慢的。

解决这个问题也很简单,就是让链表中相邻的页的物理位置也相邻,这样就可以使用顺序 I/O 了。

每个区的大小为 1MB,对于 16KB 的页来说,连续的 64 个页会被划为一个区,这样就使得链表中相邻的页的物理位置也相邻,就能使用顺序 I/O 了。

4、段(segment)

  • 索引段:存放 B + 树的非叶子节点的区的集合;
  • 数据段:存放 B + 树的叶子节点的区的集合;
  • 回滚段:存放的是回滚数据的区的集合,之前讲事务隔离 (opens new window)的时候就介绍到了 MVCC 利用了回滚段实现了多版本查询数据。

 

InnoDB 行格式

InnoDB 提供了 4 种行格式,分别是 Redundant、Compact、Dynamic和 Compressed 行格式。

  • Redundant 是很古老的行格式了, MySQL 5.0 版本之前用的行格式,现在基本没人用了。
  • Dynamic 和 Compressed 两个都是紧凑的行格式,它们的行格式都和 Compact 差不多,因为都是基于 Compact 改进一点东西。从 MySQL5.7 版本之后,默认使用 Dynamic 行格式。

 

COMPACT 行格式

 一条完整的记录分为「记录的额外信息」和「记录的真实数据」两个部分。

记录的额外信息

记录的额外信息包含 3 个部分:变长字段长度列表、NULL 值列表、记录头信息。

以一个表举例

CREATE TABLE `t_user` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `name` VARCHAR(20) DEFAULT NULL,
  `phone` VARCHAR(20) DEFAULT NULL,
  `age` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB DEFAULT CHARACTER SET = ascii ROW_FORMAT = COMPACT;

现在 t_user 表里有这三条记录:

 

1. 变长字段 varchar 长度 列表(这一行的每个变长字段(name, age ... 等),用这个列表的一个元素,来表示这个变长字段的长度)

如果某变长列的总长度小于255个字节,则这个变长列的 字段长度用1个字节 (1 字节 8bit , 2^8 - 1)表示;如果这个变长列的长度大于255个字节,则这个变长列的 字段长度部分用2个字节表示。

(1)t_user 表的 第一条记录

  • name 列的值为 a,真实数据占用的字节数是 1 字节,十六进制 0x01;
  • phone 列的值为 123,真实数据占用的字节数是 3 字节,十六进制 0x03;
  • age 列和 id 列不是变长字段,所以这里不用存放

这些变长字段的真实数据占用的字节数会按照列的顺序逆序存放(等下会说为什么要这么设计),所以「变长字段长度列表」里的内容是「 03 01」,而不是 「01 03」。

 (2)同样的道理,我们也可以得出 第二条记录 的行格式中,「变长字段长度列表」里的内容是「 04 02」,如下图:

(3) 第三条记录 中 phone 列的值是 NULL,NULL 是不会存放在行格式中记录的真实数据部分里的,所以「变长字段长度列表」里不需要保存值为 NULL 的变长字段的长度。

 

2. NULL 值 列表(允许为 Null 的字段,用一个 bit 来表示是否为 Null

如果存在允许 NULL 值的列,则每个列对应一个二进制位(bit),二进制位按照列的顺序逆序排列。

  • 二进制位的值为1时,代表该列的值为NULL。
  • 二进制位的值为0时,代表该列的值不为NULL。

(1)第一条记录,第一条记录所有列都有值,不存在 NULL 值。不足 8 位的部分在高位补 0。十六进制即为 0x00。

 (2)第二条记录,第二条记录 age 列是 NULL 值。十六进制即为 0x04。

 (3)第三条记录,第三条记录 phone 列 和 age 列是 NULL 值。十六进制即为 0x06。