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△Hollis, 一個(gè)對(duì)Coding有著獨(dú)特追求的人△

這是Hollis的第?330?篇原創(chuàng)分享

作者 l?zyz1992

來源 l Hollis（ID：hollischuang）

本文來自作者投稿，原作者：zyz1992

關(guān)于MySql數(shù)據(jù)庫(kù)，相信很多人都不陌生，這是當(dāng)今最常用的一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，關(guān)于MySql的知識(shí)也是很豐富的。

那么，不知道大家有沒有想過這樣的問題：MySql中的數(shù)據(jù)是存在哪的？又是如何存儲(chǔ)的呢？

本文就來深入分析一下這些問題。文章內(nèi)容很長(zhǎng)，建議收藏，建議大家靜下心來仔細(xì)閱讀，一定會(huì)有收獲！

Innodb的存儲(chǔ)格式

我們知道，關(guān)于Mysql這種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，里面保存的數(shù)據(jù)最終都是要持久化到磁盤文件上面的。磁盤文件里存放的物理格式就是數(shù)據(jù)頁(yè)（關(guān)于數(shù)據(jù)頁(yè)，如果不太理解先忽略，后續(xù)文章單獨(dú)介紹），數(shù)據(jù)頁(yè)中存放的是一行一行的記錄，但是對(duì)于數(shù)據(jù)頁(yè)中的每一行數(shù)據(jù)他又是怎么存儲(chǔ)的呢？

我們拿Mysql中最常用的Innodb引擎來重點(diǎn)說，介紹下存儲(chǔ)格式是怎樣的。

MySQL中存儲(chǔ)有3種：

server層格式：與存儲(chǔ)引擎無關(guān)，Binlog存儲(chǔ)常用的一種 (Bin Log 我們前面已經(jīng)詳細(xì)介紹過了，這個(gè)是MySql主從復(fù)制的一個(gè)很重要的文件)
索引元組格式：InnoDB存取過程記錄的中間狀態(tài)，是InnoDB在內(nèi)存中存儲(chǔ)的格式（換句話說我們的增刪改的操作都是在內(nèi)存中執(zhí)行的，這個(gè)只是一種臨時(shí)狀態(tài)）
物理存儲(chǔ)格式：記錄在物理頁(yè)面中的存儲(chǔ)格式，即compact格式，與索引元組格式一一對(duì)應(yīng)。（這個(gè)是數(shù)據(jù)在磁盤存儲(chǔ)的真正的格式）

MySql 的 InnoDB 存儲(chǔ)引擎和大多數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)一樣，都是以行的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，我們可以通過SHOW TABLE STATUS查看到行的的存儲(chǔ)格式。

InnoDB 儲(chǔ)存引擎支持有四種行儲(chǔ)存格式：COMPACT、Redundant、Dynamic 和 COMPRESSED。默認(rèn)為COMPACT。

其他的參數(shù)我們這里不關(guān)注，僅僅看 Row_format 這列，這里我們可以看到行的存儲(chǔ)格式是 Compact，Compact 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的格式大致如下這樣

對(duì)于我們看到的每一行數(shù)據(jù)，我們最先看到的好像并不是各個(gè)列，而是一些類似列的描述信息。沒錯(cuò)，其實(shí)在存儲(chǔ)的時(shí)候都會(huì)有一些都字段來描述這一行的信息，這就好比緩存池中的描述緩存頁(yè)的描述數(shù)據(jù)類似。

上面的圖片大家可以這么簡(jiǎn)化來對(duì)待，事務(wù)ID和回滾指針大家先不要關(guān)注，免得因?yàn)檫@個(gè)產(chǎn)生干擾而難于理解

變長(zhǎng)字段 varchar 是如何存儲(chǔ)的

一般情況下，我們要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是并不能確定他的長(zhǎng)度的，大部分情況下都是一些變長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，以varchar為例，假設(shè)現(xiàn)在三個(gè)字段，字段類型分別為：varchar(10),char(1),char(1)，char大家都是知道的，存儲(chǔ)的基本是一些已知的長(zhǎng)度固定的數(shù)據(jù)，假設(shè)這三個(gè)類型的字段分別有如下的數(shù)據(jù)：

第一行：mysql a a；第二行：dog b c；畫個(gè)圖來幫助大家想象，現(xiàn)在你看到的是數(shù)據(jù)中為我們展現(xiàn)的樣子。

但是在磁盤中可不是這樣子的，前文已經(jīng)提到過，表空間和行這些其實(shí)是邏輯上的概念，而數(shù)據(jù)頁(yè)是一種物理概念，也就是說我們看到的樣子在磁盤中的樣子本本是不一樣的。

在磁盤中這兩條記錄大致是這樣子的：mysql a a dog b c，他們?cè)诖疟P中都是挨在一起存儲(chǔ)的。

是不是瞬間感覺想要去查找一條數(shù)據(jù)非常麻煩，告訴你：是的，所以 MySql在設(shè)計(jì)的時(shí)候才會(huì)使用行格式存儲(chǔ)，才會(huì)有前面的哪些變長(zhǎng)字段列表和標(biāo)志位以及記錄信息，這些就是用來記錄一行的記錄的信息，換句話說，MySql是通過這些描述信息來定位到一行中的具體記錄的。

以第一行記錄為例，它在磁盤中的記錄情況大致是下面這樣子的，首先我們需要明確知道的是各個(gè)字段的類型MySql是很清楚的，在這個(gè)基礎(chǔ)上我們能看明白下面和想通后面的事情。首先我們看到 mysql是5個(gè)字符，使用十六進(jìn)制表示是 0x05，所以他的存儲(chǔ)大概是這樣子的：

同理第二行數(shù)據(jù)類似這樣子的：

相信大家在看到這里已經(jīng)大概能推測(cè)出MySql這個(gè)時(shí)候是怎么讀讀取數(shù)據(jù)的了，就是他會(huì)先根據(jù)變長(zhǎng)字段長(zhǎng)度列表中描述的變長(zhǎng)字段的信息去查找變長(zhǎng)字段，例如第一行，MySql解析到變長(zhǎng)字段是5，所以他會(huì)在mysql a a dog b c 這些里面取出5個(gè)字符，也就是 mysql，緊接著后面是兩個(gè) char(1) 也就是兩個(gè) a 在依次取出來。

中間設(shè)備。由淺入深，我們慢慢來，剛剛上面說到的僅僅是一種非常簡(jiǎn)單的情況，這個(gè)首先是幫助大家理解，讓大家先明白有這么個(gè)回事，是這么回事，然后在慢慢的挖掘，我們一定要一個(gè)蘿卜一個(gè)坑的去踏實(shí)學(xué)習(xí)

現(xiàn)在如果是多個(gè)varchar類型的字段怎么辦？例如：varchar(3),varchar(10),varchar(4),char(1)，他有一條記錄是這樣子的：aaa ,bb,cccc,d，你根據(jù)上面的能推測(cè)出磁盤中的行記錄是怎么樣子的嗎？

你是不是這么想的：磁盤中肯定是這樣的：0x03,0x02,0x04 null標(biāo)志位記錄頭信息 aaa bb cccc d；這么想的同學(xué)請(qǐng)鼻子靠墻:)；實(shí)際上并不是這樣子的。

當(dāng)有多個(gè)變長(zhǎng)字段的時(shí)候，MySql在 compact 行格式中，把所有變長(zhǎng)類型的長(zhǎng)度存放在行記錄的開頭部位形成一個(gè)列表（這個(gè)列表就是剛剛上面說的變長(zhǎng)字段列表），按照列的逆序存放，也就是大致是這樣子的：

這里我必須要給大家解釋下變長(zhǎng)字段列表會(huì)逆序存放，因?yàn)槊啃杏涗浀亩加幸粋€(gè) next_record指針指向下一行 記錄頭信息和 真實(shí)數(shù)據(jù) 之間的位置。因?yàn)檫@個(gè)位置剛剛好，向左讀取就是行描述相關(guān)信息，向右讀取就是真實(shí)數(shù)據(jù)。正好對(duì)應(yīng)變長(zhǎng)字段長(zhǎng)度列表。畫個(gè)圖來幫助大家理解下：

說到這里我們來稍微小結(jié)一下

MySql中數(shù)據(jù)在磁盤的存儲(chǔ)小結(jié)

數(shù)據(jù)在磁盤中的存儲(chǔ)在物理空間上面是連續(xù)的
數(shù)據(jù)是被存放在MySql設(shè)計(jì)出來的數(shù)據(jù)頁(yè)上面的，數(shù)據(jù)頁(yè)上面存儲(chǔ)的才是最終的一行一行的記錄
行的存儲(chǔ)格式默認(rèn)是Compact
每一行數(shù)據(jù)都會(huì)有相應(yīng)的行描述部分，描述部分有【變長(zhǎng)字段列表】【NULL標(biāo)志位】【記錄頭信息】
每一行都會(huì)有next_record指針，指向記錄頭和變長(zhǎng)字段列表的中間某個(gè)位置，方便尋址
變長(zhǎng)列表中的varchar列的描述是逆序的（和字段的順序相反）這樣做的目的在上圖中描述的很清楚了

NULL字段是如何存儲(chǔ)的

上面說到了情況都是比較正常的情況，也就說上面提到的字段是沒有空值的，不管是變長(zhǎng)字段還是char字段，都是有值的，那如果某個(gè)字段允許為空，且值確實(shí)為空，MySql又是怎么處理的呢？是不是直接存儲(chǔ)NULL呢。

假設(shè)MySql針對(duì)與Null直接存儲(chǔ)，他實(shí)際上是按照“NULL”這樣字符串的形式存儲(chǔ)的，這樣顯然不行啊，因?yàn)樽址加每臻g的?。ㄒ粋€(gè) NULL 字符串要占用四個(gè)字符呢），你都沒有值，還占這么多空間，所以MySql肯定不是這樣存儲(chǔ)的。其實(shí)MySql在處理NULL值的時(shí)候是會(huì)將它通二進(jìn)制來存儲(chǔ)的，且也是逆序的

MySql是如何通過二進(jìn)制來存儲(chǔ)NULL值的?

上面的 Compact 格式數(shù)據(jù)中的【NULL標(biāo)志位（也可以叫NULL列表）】就是用來存儲(chǔ)NULL值的。若有某個(gè)字段值為 null，將將其 bit 位置為 1 說明值為 NULL，bit為 0 說明該字段值不為空

是不是聽了解釋還是稀里糊涂的，別急，我畫個(gè)圖再來詳細(xì)介紹下，先假設(shè)我們有一張 sutdents 表

CREATE?TABLE?`students`?(

??`name`?varchar(10)?NOT?NULL,

??`address`?varchar(255)?DEFAULT?NULL,

??`gender`?char(1)?DEFAULT?NULL,

??`class`?varchar(10)?DEFAULT?NULL,

??`hobbies`?varchar(255)?DEFAULT?NULL,

??PRIMARY?KEY?(`name`)

)?

他有這樣一行記錄

我們先看變長(zhǎng)字段列表部分(記住是逆序存放的)：

roles是長(zhǎng)度為5記作：0x05；address 為null，不放在變長(zhǎng)列表中、gender 是 char 類型，不放在變長(zhǎng)列表中、class為空，不放在變長(zhǎng)列表中、hobby_xx長(zhǎng)度為8記作：0x08；所以變長(zhǎng)列表的記錄為：0x08 0x05

現(xiàn)在到了NULL標(biāo)志位了：依舊是從右往左記錄字段：name 在設(shè)計(jì)的時(shí)候就是 not null，所示是不會(huì)出現(xiàn)在NULL標(biāo)志為中（Null標(biāo)志為是用來記錄字段可為NULL的字段，字段不可以為NULL的不是會(huì)被記錄到NULL標(biāo)志位的），address為NULL記作1，gender不為null記作0，class 為null記作1，hobbies不為null記作0；所以按照字段的順序結(jié)果就是：0101，但是NULL標(biāo)志位是逆序的，所以NULL標(biāo)志位存放的結(jié)果大概是這樣子的：0101，高位補(bǔ)0即可

我們來模擬讀取下這條記錄：MySql 對(duì)于字段的類型一定是已知的（這個(gè)是在創(chuàng)建數(shù)據(jù)表的時(shí)候就已經(jīng)定下來了），所以對(duì)于 name 這種 not nul l的字段是不會(huì)去存放在null標(biāo)志位的，下面是詳細(xì)的讀取步驟：

name字段是主鍵，不可能在NULL 標(biāo)志位中的，又因?yàn)?name 是varchar 字段，所以就會(huì)去變長(zhǎng)字段列中查找，找到值為 0x05 接著就會(huì)去字段列表中讀取5個(gè)字符的長(zhǎng)度，也就是 roles ，第一個(gè)字段讀取成功；
接著是 address 字段，因?yàn)轭愋褪?MySql 已知的，又因?yàn)樽侄沃禐?null 所以就不需要去讀取了，第二個(gè)字段讀取結(jié)束；
接著是gender字段，是char類型的，直接拿到 f 就可以了；
下一個(gè)是class 字段，因?yàn)槭莕ull 所以根本不會(huì)去變長(zhǎng)字段中查找；
最后一個(gè)是 hobbies 字段，因?yàn)椴粸閚ull ，又是第二個(gè)變長(zhǎng)字段，這個(gè)時(shí)候就會(huì)去變長(zhǎng)字段列表中查找，結(jié)果定位到是 0x08 那就讀取 8 個(gè)字符的長(zhǎng)度出來，拿出來是hobby_xx；

說到這里，關(guān)于一行記錄的中的變長(zhǎng)字段列表和 NULL 標(biāo)志位具體是如何讀取字段值的就給大家介紹完了，不知道大家看到以上內(nèi)容腦子是不是會(huì)展現(xiàn)一條條行記錄的描述信息。目前我們只需要了解 varchar 和 NULL 存儲(chǔ)的基本就足夠了，因?yàn)檫@兩個(gè)表特殊，也是最經(jīng)常使用的，其他的字段類型本篇暫且不展開討論了。

上面的記錄頭的信息我們還沒有討論過，下面我們?cè)僭敿?xì)介紹下記錄頭信息是什么。

記錄頭信息

記錄頭信息由40位的bit位組成，其各個(gè)位的劃分和含義如下：

記錄頭的各個(gè)位的作用其實(shí)就已經(jīng)說的很清楚了，一些概念現(xiàn)在還沒法講解，很多東西需要到索引的時(shí)候才能展開講，這里大家需要明確的就是各個(gè)標(biāo)志位的含義。

我認(rèn)為對(duì)于記錄頭的了解到這里就足夠了，各個(gè)標(biāo)志位的含義明確了到這個(gè)程度就行了，至于更多的可能我們根本接觸不到。這一小節(jié)就當(dāng)是科普。

數(shù)據(jù)在磁盤上到底是怎么存儲(chǔ)的

上面畫過這樣一張圖：

之前說的是數(shù)據(jù)大致是這樣子在磁盤中存儲(chǔ)的：0x03 NULL標(biāo)志位記錄頭信息 dog b c，但是實(shí)際上后面的列的數(shù)據(jù)并是不是我們看到的這個(gè)樣子，磁盤在存儲(chǔ)的時(shí)候是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)指定的字符集編碼存儲(chǔ)起來的你以為可能是上面那樣子存儲(chǔ)的。

實(shí)際上可能是在樣子的：0x03 NULL 標(biāo)志位記錄頭信息 1233 323 223，也就是說實(shí)際的數(shù)據(jù)在磁盤上存儲(chǔ)根本不是我們?nèi)四苷J(rèn)識(shí)的，后面的 1233 323 223 這幾個(gè)是我亂寫的，沒什么含義，主要是想表明是計(jì)算在實(shí)際存儲(chǔ)的時(shí)候是以特定的字符編碼來存儲(chǔ)的。

另外每一行數(shù)據(jù)在被存儲(chǔ)的時(shí)候?qū)嶋H上還會(huì)有隱藏的字段，相信大家對(duì)這個(gè)應(yīng)該不會(huì)陌生的，row_id 大家應(yīng)該是知道的，哪怕自己沒用過可能也是聽過的，這個(gè)是數(shù)據(jù)庫(kù)自己為我們的每一行記錄生成的一個(gè)唯一的表示，如果我們沒有為數(shù)據(jù)表指定主鍵字段，也沒有指定 Unique key，那么這個(gè)時(shí)候數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部會(huì)幫我們維護(hù)一個(gè)自增長(zhǎng)的 ROW_ID 字段作為主鍵。

還有一個(gè)隱藏字段就是事務(wù)ID 上面的第二張圖上層畫出來過，這個(gè)顧名思義了，就是和事務(wù)相關(guān)的一個(gè)字段屬性字段名為DB_TRX_ID，這個(gè)再詳解到事務(wù)的時(shí)候再詳細(xì)介紹；最后一個(gè)也是在上面的第二張圖上畫出來了，就是回滾指針 DB_ROLL_PTR，回滾也是事務(wù)使用到的概念，也是放在事務(wù)那邊跟大家介紹

現(xiàn)在再來整體回顧下一行記錄在磁盤中的存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)大概是什么樣子的：

0x08 0x05 00000101 0000010100000000000000000000000000000010 21134 44 232343

說到了存儲(chǔ)，我們順便聊聊和存儲(chǔ)相關(guān)的一個(gè)概念，行溢出。

行溢出

說到這里，不知道大家有沒有想過一個(gè)問題，就是我們一直在說 MySql 存儲(chǔ)是以數(shù)據(jù)頁(yè)的形式來存儲(chǔ)的，然后數(shù)據(jù)頁(yè)中記錄的是一行行的記錄，但是往往常規(guī)情況下不會(huì)有什么問題。

但是如果現(xiàn)在有一行記錄非常大，因?yàn)閿?shù)據(jù)頁(yè)大小默認(rèn)也就是16KB，假設(shè)某張表里面有text字段也有BLOB字段，且這一行的記錄的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)的大小16KB，這種情況稱之為行溢出。

MySql 是怎么來處理這種行溢出的情況的呢？實(shí)際上很簡(jiǎn)單，一個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)不夠就使用多個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)，數(shù)據(jù)頁(yè)和數(shù)據(jù)頁(yè)之間使用鏈表連起來，之所以能夠使用鏈表連接因?yàn)閿?shù)據(jù)頁(yè)里面是包含了存放指針的 bit 位。對(duì)于行溢出的概念了解到這個(gè)程度就足夠了。我們學(xué)習(xí)是有的放矢，不是什么都要去刨根問底的。

結(jié)束語(yǔ)

本片文章詳細(xì)的介紹了 MySql 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的格式和數(shù)據(jù)具體在磁盤中是怎么存儲(chǔ)的，被存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)又是怎么查找的，說白了很多事情都是已經(jīng)是既定的規(guī)則，所謂既定的規(guī)則就是很對(duì)東西已經(jīng)被更早的設(shè)計(jì)出來。

所以你在使用和了解的使用只需要按照被人的規(guī)則來執(zhí)行，然后在此基礎(chǔ)上深入了解下別人為什么這么設(shè)計(jì)?這樣會(huì)更有助于我們掌握和理解某個(gè)知識(shí)點(diǎn)。