MySQL存储引擎-InnoDB行格式

mysql作为一款主流的关系型数据库，是以记录为单位向表中插入数据的。目前为止，Innodb共支持COMPACT、 REDUNDANT、 DYNAMIC、和COMMPRESSED四种行格式。在MySQL5.7及以上版本，默认采用DYNAMIC格式。DYNAMIC与COMPACT格式基本一致，下文中我们会介绍区别。因其他类型日常工作中很少用到，本文作为读书笔记，不再进行介绍。

一、COMPACT行格式

我们首先创建一个示例表，如下：

create table record_format_demo (
  c1 varchar(10),
  c2 varchar(10) not null,
  c3 char(10),
  c4 varchar(10)
) charset = ascii row_format = compact;
insert into record_format_demo values('aaaa','bbb','cc','d');
insert into record_format_demo values('eeee','fff',NULL,NULL);

一条完整的记录被分为记录的额外信息和记录的真实数据两部分。

1.1、记录的额外信息

记录的额外信息分为3部分，分别是变长字段长度列表， NULL值列表，和记录头信息。

变长列表指的是varchar等不固定的长度类型，变长字段真实数据占用的字节数存储在记录的开头位置。形成一个变长字段长度列表，变长字段的真实数据所占用的字节数按照列的顺序逆序排放。例如示例表中的第一行数据。该示例表变长字段为c1、c2、c4列。因为我们使用的是ascii字符集，所以每个字符占用1字节。 因此：第一行数据的变长字段长度列表用十六进制表示为 01 03 04。 这个示例中的长度都可以用1字节表示，那如果变成字段的真实内容占用字节数很多，可能就用2字节来表示。InnoDB的规则是：如果变成字段允许存储的最大字节数小于255就用1个字节表示，如果大于255并且真实数据占用的字节数超过127字节就使用2字节来表示，不超过177就使用一个字节表示。 我们再看示例表的第二行，因为c4列为null。变成字段长度列表不存储NULL列的内容长度，因此第二行的变长列表为 03 04。

NULL值列表，在COMPACT中，把一条记录中为NULL的列统一管理，存储到NULL值列中。处理过程如下：首先统计允许存储NULL的列有哪些，例如示例表中的c1、c3、c4。如果表的所有列都不会NULL, 那NULL值列表就不存在了。如果有NULL值，就按照允许存储NULL的列对应一个二进制位，二进制为按照列的顺序逆序排列。二进制位为1时代表该列的值为NULL，为0时代表该列不为NULL。另外MySQL的NULL值列表必须用整数个字节表示，不足的在最高位补0。根据这个规则我们可以推算示例表中第一行数据的NULL值列表为 0 0 0 0 0 0 0 0 。第二行的NULL值列列表为 0 0 0 0 0 1 1 0。 转换为十六进制则为 00 和 06。

记录头信息，记录头信息固定5个字节，用于描述记录的一些属性。5个字节即40位，不同位代表不用的函数。二进制位代表的含义如下所示：

1、预留位  1位

2、预留位  1位

3、delete_flag  1位 标记是否删除

4、n_owned  4位  一个页面的记录会被分为若干组。每个组中有一个记录是大哥，其余为小弟。大哥的n_owned代表改组的记录条数，小弟的n_owned为0

5、heap_no  13位  表示当前记录在页面堆的相对位置

6、record_no  3位   表示记录类型。 0表示普通记录，1表示非叶结点记录，2表示Infimum记录， 3表示Supermum记录

7、next_record 16位  表示下一条记录的相对位置

1.2、记录的真实数据

MySQL的除了我们插入的真实数据之外，还会插入一些隐藏列。包括 rowid （6字节，在没有主键和非空唯一索引会创建）、trx_id （6字节，事务id）、roll_pointer （7字节，回滚指针）。根据以上我们的分析，我们通过hexdump指令来分析一下示例表的数据文件。结果如下：这里只截了一部分，即包含行数据的部分。

因此我们可以得到前两行的行记录为： 

1.3、char列存储格式

在上述示例表中，我们采用的ascii字符集属于定长字符集即1个字节。如果使用变长字符集如utf8，utf8表示一个字符需要1~3个字节。针对变长字符集，虽然c3列的类型为char(10)。这一列的值占用的字节数也会被存储到变长字段长度列表中。执行如下sql修改：

alter table record_format_demo modify column c3 char(10) character set utf8;

那该列也会被加入变长列表：如图所示： 第一行的变长字段的长度列表变为了 01 0a 03 04

 1.4、溢出列

我们创建一个溢出列的测试表，如下所示：

create table off_page_demo(c varchar(65532)) charset=ascii row_format=compact;
insert into off_page_demo values(repeat('a', 65532));

上述表中，这个字符串大小为65532字节。我们知道MySQL一个数据页才16K，即16382字节，很显然1个数据页中存不了一条记录。 在COMPACT格式中：对于占用存储空间非常多的列，在记录的真实数据处只存储一部分数据，而把剩余的数据分散存储在其他页中。然后在记录真实数据处用20字节存储指向这些页的地址。（这20字节还包括分散在其他页中的数据所占的字节数）。 对于COMPACT格式，如果某些数据很多，则在本记录的真实数据处只存放768个字节和指向其他页的地址。 存储剩余数据的页叫做溢出页。

MySQL规定一个页至少存储2条记录。对于溢出页没有这个规定

二、其他格式

另外两个行格式，DYNAMIC格式和COMPRESSED格式。这另个行格式和COMPACT格式很像，只不过在处理溢出列时有些分歧。他们不会在记录真实数据处存储前768字节，而是把该列的所有真实数据全部存放到溢出页中。只在记录真实数据处存储20字节大小的指向溢出页的地址，COMPRESSED会采用压缩算法对页面进行压缩，基本用不到，就不再介绍了。