MySQL中的COMPACT行格式

注:文章中的“列”和“字段”基本可以等价,“记录”和“行”基本可以等价,为了易于理解选择代替,但发现不够严谨,在此声明

compact行格式是mysql中InnoDB存储引擎存储数据使用的一种行格式,InnoDB存储引擎每次从磁盘中读取数据到内存中的基本单位是页(不是最小单位),而每一页中的数据就是很多行构成的,每一行数据都有存储数据的格式,叫做行格式,COMPACT行格式就是InnoDB存储引擎中的行格式。只不过COMPACT行格式是较老一些的行格式,由REDUNDANT行格式衍生而来,如今常用的行格式为DYNAMIC和COMPRESSED两种,其中DYNAMIC是5.7版本默认的行格式,因为DYNAMIC是由COMPACT行格式衍生而来,所以了解COMPACT行格式很有必要。

直接上图(图片来源:小林coding)


从图中可以直观地看到一行数据可分为额外信息和真实数据两部分

记录的额外信息为了更好的管理数据而添加的一些信息,分为变长字段长度列表,NULL值列表和记录头信息三部分。

1.记录的额外信息

(1)变长字段长度列表:

我们知道,MySQL支持一些可变长度的数据类型,例如VARCHAR,TEXT,BLOB类型。变长数据类型的长度是不固定的,所以一行数据如果有变长字段的话,要有对这个变长字段实际长度的记录,而变长字段长度列表就是记录变长字段的实际长度的。在COMPACT行格式中,各个变长字段的实际长度会逆序存储在变长字段长度列表中。

假如一个表中三个varchar类型的字段,假如其中一行的长度分别10,02,09,那么他们在变长字段长度列表中的储存顺序就是09,02,10。当然,如果该表中的每一个字段的数据类型都是定长的数据类型,那么这个变长字段长度列表就不会存在。

(2)NULL值列表:

我们知道,字段值可以为NULL,如果一个字段的类型是CHAR(10),而在某一行中这个字段值为NULL,如果把这个NULL存储在真实数据中对应的该字段所对应的10个CHAR类型的空间中是很浪费的,所以COMPACT行格式把一行数据中字段值为NULL的字段统一记录起来存储在NULL值列表中。

首先要统计表中允许存储NULL值的字段有哪些,因为有些被NOT NULL限制的字段是不允许为NULL的,所以在统计的时候不会把这些字段放进去。与变长字段长度列表同理,如果表中的每一个字段都是不能为NULL的,那一行数据中的NULL值列表也就不存在了。

存储方式和变长字段长度列表的存储方式非常类似,都是以逆序的顺序存储,例如一行数据中有四个字段name,phone,age,grade,其中name,phone,age三个字段为NULL,NULL值列表中的记录就会是00000111,1为NULL,0不为NULL,NULL值列表如果存在的话默认的长度为8个bit(是bit,不是byte!)8个bit在硬件中对应的就是8个二进制位,每一个字段记录对应一个二进制位


如果说一个表中可为NULL的字段数量多于8个,那么这个NULL值列表的长度将会变为16个bit位。

(3)记录头信息:

记录头信息由固定的5个字节,也就是40个bit位组成,用于描述一些属性,组成如下



预留位1和2没有使用,如果你了解InnoDB存储引擎的数据结构的话你会知道这些描述的意义,正是对InnoDB的聚簇索引的实现起到了积极作用,有兴趣的可以自行了解。

2. 记录的真实信息

对于一张表来说,除了记录真实的字段值的数据外,还会有row_id,trx_id,roll_pointer。

(1)row_id:

我们知道InnoDB存储引擎存储数据由一个B+树完成,而形成B+树最终要的就是要有一个可以作为主键的主键值,这个值应该是NOT NULL,UNIQUE(非空唯一)的,但是如果我们创建的表没有适合用来作为主键的字段,那么InnoDB就会隐式的添加一个字段,这个字段来作为主键值构造B+树,而这个隐式的数据就存放在row_id这个位置中,所以row_id字段不是必须的。

(2)trx_id:

这个字段记录事务id,表示这个数据是由哪个事务生成的,InnoDB存储引擎支持事务,这也是InnoDB安全性高的主要原因,这个字段必须存在。

(3)roll_pointer:

这个字段存储的是一个地址,该地址指向这行数据修改前的记录,因为每次对某条聚簇索引的数据进行改动时,都会把旧版本的记录写入到undo日志中,而这个隐藏字段的指针指向旧版本记录,也叫回滚指针。这也是事务的内容,也是InnoDB安全性高的原因之一。这个列也是必须存在的。

(4)存储真实数据的字段,里面的数据叫做字段值。

这个位置是COMPACT行格式与DYNAMIC和COMPRESSED行格式的主要区别所在,InnoDB数据交互的基本单位是页,而一个页的大小一般是16KB,假如我们添加了一行数据,这个数据中的一个字段值位65532B,就是64KB,很显然,这大于一个页所能存储的最大数据量,那一个页一行数据都存储不了很尴尬啊,所以在COMPACT和更老一点的REDUNDANT行格式中,对于占用空间非常多的列,在记录真实数据的地方只会存储该列的一部分数据,而把剩余的数据存储在其他页面中,这些存储其他数据的页叫做溢出页。具体的存储方式是,将前768个字节的数据存储在当前页面,然后用20个字节存储存储溢出数据的地址。这个需要用到溢出页存储数据的这一列也叫溢出列(off-page列)。

我们知道了COMPACT和REDUNDANT行格式对溢出数据的处理,那DYNAMIC和COMPRESSED行格式是怎么做的呢?他们不会在记录真实数据的地方存那768字节,而是把该溢出列的所有数据都存储在溢出页当中,在存储真实数据的地方只用20个字节去记录这些溢出数据的地址,而COMPRESSED比DYNAMIC会多做一步:采用压缩算法对页面进行压缩,以节省空间。

到这里,还有最后一个问题没有结局,那就是,到底多大才算是大呢,什么时候才溢出呢?

MySQL中规定一个页中至少存放两条数据,而一页的大小是16KB,每一页中都要用132字节存储一些额外信息(就像COMPACT行格式中记录额外信息的部分),然后每一行数据,有27字节是记录额外信息的,就是上面讲到的那些东西。我们假设一行数据能够存储真实数据的字节数为n,根据MySQL的规定,想要发生溢出就要满足下面的公式

132+2×(27+n)>=16384

通过观察这个公式,我们很容易就能看出出,这就是一个页的大小,假如一个页中只有两条数据,这个n值要大于8099才会溢出。我们不用关注这个临界点是多大,只要记着某个列中存储的数据所占用的字节数非常多时,该列就可能为溢出列。

总结:

到这里COMPACT行格式基本讲完了,我们要知道的是页是InnoDB中磁盘和内存交互的基本单位,每一个页的大小为16KB,当中的数据是一行一行的,行以不同的行格式存储数据,如今默认为DYNAMIC行格式,数据太大的话就会溢出,溢出的数据存储在溢出页中。

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