MySQL之数据页结构

MySQL之InnoDB记录结构文章中，我们提到了记录头信息，下面在来一起回顾一下：

记录头信息中各个属性的含义再贴一下（目前使用Compact行格式）：

下面就来看看记录头信息中各个属性的都是干啥的：

• delete_mask：

这个属性标记着当前记录是否被删除，占用1个二进制位，值为0的时候代表记录并没有被删除，为1的时候代表记录被删除掉了。

被删除的记录不立即从磁盘上移除，因为移除它们之后把其他的记录在磁盘上重新排列需要性能消耗，所以只是打一个删除标记而已，所有被删除掉的记录都会组成一个所谓的垃圾链表，在这个链表中的记录占用的空间称之为所谓的可重用空间，之后如果有新记录插入到表中的话，可能把这些被删除的记录占用的存储空间覆盖掉。这个delete_mask位设置为1和将被删除的记录加入到垃圾链表中是两个阶段。

• min_rec_mask：

B+树的每层非叶子节点中的最小记录都会添加该标记。值为1，表示该条记录是B+树的非叶子节点中的最小记录；值为0，意味着该条数据不是B+树的非叶子节点中的最小记录。

• n_owned：

表示当前记录拥有的记录数，一会我们再详细介绍。

• heap_no：

这个属性表示当前记录在本页中的位置。MySQL自动给每个页里边儿加了两个记录，由于这两个记录并不是我们自己插入的，所以有时候也称为伪记录或者虚拟记录。这两个伪记录一个代表最小记录，一个代表最大记录。

但是不管我们向页中插入了多少自己的记录，InnoDB规定他们定义的两条伪记录分别为最小记录与最大记录。这两条记录的构造十分简单，都是由5字节大小的记录头信息和8字节大小的一个固定的部分组成的。

由于这两条记录不是我们自己定义的记录，所以它们并不存放在页的User Records部分，他们被单独放在上文提到的Infimum + Supremum的部分，为了大家方便理解，我们创建张表、插几条数据、画个图看一下：

CREATE TABLE page_demo(  c1 INT,  c2 INT,  c3 VARCHAR(10000),  PRIMARY KEY (c1)) CHARSET=ascii ROW_FORMAT=Compact;INSERT INTO page_demo VALUES(1, 100, 'aaaa');INSERT INTO page_demo VALUES(2, 200, 'bbbb');INSERT INTO page_demo VALUES(3, 300, 'cccc');INSERT INTO page_demo VALUES(4, 400, 'dddd');

• record_type：

• next_record：

DELETE FROM page_demo WHERE c1 = 2;

删掉第2条记录后的示意图就是：

从图中可以看出来，删除第2条记录前后主要发生了这些变化：

• 第2条记录并没有从存储空间中移除，而是把该条记录的delete_mask值设置为1。

• 第2条记录的next_record值变为了0，意味着该记录没有下一条记录了。

• 第1条记录的next_record指向了第3条记录。

• 最大记录的n_owned值从5变成了4，关于这一点的变化我们稍后会详细说明的。

所以，不论我们怎么对页中的记录做增删改操作，InnoDB始终会维护一条记录的单链表，链表中的各个节点是按照主键值由小到大的顺序连接起来的。

会不会觉得next_record这个指针有点儿怪，为啥要指向记录头信息和真实数据之间的位置呢？为啥不干脆指向整条记录的开头位置，也就是记录的额外信息开头的位置呢？

INSERT INTO page_demo VALUES(2, 200, 'bbbb');

我们看一下记录的存储情况：

从图中可以看到，InnoDB并没有因为新记录的插入而为它申请新的存储空间，而是直接复用了原来被删除记录的存储空间。

SELECT * FROM page_demo WHERE c1 = 3;

最笨的办法：从Infimum记录（最小记录）开始，沿着链表一直往后找，总会找到。在找的时候还能投机取巧，因为链表中各个记录的值是按照从小到大顺序排列的，所以当链表的某个节点代表的记录的主键值大于你想要查找的主键值时，你就可以停止查找了，因为该节点后边的节点的主键值依次递增。

从这个图中我们需要注意这么几点：

• 现在页目录部分中有两个槽，也就意味着我们的记录被分成了两个组，槽1中的值是112，代表最大记录的地址偏移量（就是从页面的0字节开始数，数112个字节）；槽0中的值是99，代表最小记录的地址偏移量。

• 注意最小和最大记录的头信息中的n_owned属性

1、最小记录的n_owned值为1，这就代表着以最小记录结尾的这个分组中只有1条记录，也就是最小记录本身。

2、最大记录的n_owned值为5，这就代表着以最大记录结尾的这个分组中只有5条记录，包括最大记录本身还有我们自己插入的4条记录。

99和112这样的地址偏移量很不直观，我们用箭头指向的方式替代数字，这样更易于我们理解，所以修改后的示意图就是这样：

暂时不管各条记录在存储设备上的排列方式了，单纯从逻辑上看一下这些记录和页目录的关系：

• 初始情况下一个数据页里只有最小记录和最大记录两条记录，它们分属于两个分组。

• 之后每插入一条记录，都会从页目录中找到主键值比本记录的主键值大并且差值最小的槽，然后把该槽对应的记录的n_owned值加1，表示本组内又添加了一条记录，直到该组中的记录数等于8个。

• 在一个组中的记录数等于8个后再插入一条记录时，会将组中的记录拆分成两个组，一个组中4条记录，另一个5条记录。这个过程会在页目录中新增一个槽来记录这个新增分组中最大的那条记录的偏移量。

INSERT INTO page_demo VALUES(5, 500, 'eeee');INSERT INTO page_demo VALUES(6, 600, 'ffff');INSERT INTO page_demo VALUES(7, 700, 'gggg');INSERT INTO page_demo VALUES(8, 800, 'hhhh');INSERT INTO page_demo VALUES(9, 900, 'iiii');INSERT INTO page_demo VALUES(10, 1000, 'jjjj');INSERT INTO page_demo VALUES(11, 1100, 'kkkk');INSERT INTO page_demo VALUES(12, 1200, 'llll');INSERT INTO page_demo VALUES(13, 1300, 'mmmm');INSERT INTO page_demo VALUES(14, 1400, 'nnnn');INSERT INTO page_demo VALUES(15, 1500, 'oooo');INSERT INTO page_demo VALUES(16, 1600, 'pppp');

现在页里边就一共有18条记录了（包括最小和最大记录），这些记录被分成了5个组，如图所示：

3、因为high - low
的值为1，所以确定主键值为6
的记录在槽2
对应的组中。此刻我们需要找到槽2
中主键值最小的那条记录，然后沿着单向链表遍历槽2
中的记录。但是我们前边又说过，每个槽对应的记录都是该组中主键值最大的记录，这里槽2
对应的记录是主键值为8
的记录，怎么定位一个组中最小的记录呢？别忘了各个槽都是挨着的，我们可以很轻易的拿到槽1
对应的记录（主键值为4
），该条记录的下一条记录就是槽2
中主键值最小的记录，该记录的主键值为5
。所以我们可以从这条主键值为5
的记录出发，遍历槽2
中的各条记录，直到找到主键值为6
的那条记录即可。由于一个组中包含的记录条数只能是1~8条，所以遍历一个组中的记录的代价是很小的。

1、通过二分法确定该记录所在的槽，并找到该槽所在分组中主键值最小的那条记录。

2、通过记录的next_record属性遍历该槽所在的组中的各个记录。

通过前面文章的介绍，从PAGE_N_DIR_SLOTS到PAGE_LAST_INSERT以及PAGE_N_RECS的意思大家一定是清楚的。剩下的状态信息不要着急。我们先来看一下PAGE_DIRECTION和PAGE_N_DIRECTION的意思：

• PAGE_DIRECTION
  

• PAGE_N_DIRECTION
  

对照着这个表格，我们看几个目前比较重要的部分：

• FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM

这个代表当前页面的校验和（checksum）。啥是个校验和？就是对于一个很长很长的字节串来说，我们会通过某种算法来计算一个比较短的值来代表这个很长的字节串，这个比较短的值就称为校验和
。这样在比较两个很长的字节串之前先比较这两个长字节串的校验和，如果校验和都不一样两个长字节串肯定是不同的，所以省去了直接比较两个比较长的字节串的时间损耗。

• FIL_PAGE_OFFSET

每一个页都有一个单独的页号，就跟你的身份证号码一样，InnoDB通过页号来可以唯一定位一个页。

• FIL_PAGE_TYPE

这个代表当前页的类型，我们前边说过，InnoDB为了不同的目的而把页分为不同的类型，我们上边介绍的其实都是存储记录的数据页，其实还有很多别的类型的页，具体如下表：

• FIL_PAGE_PREV和FIL_PAGE_NEXT

我们前边强调过，InnoDB都是以页为单位存放数据的，有时候我们存放某种类型的数据占用的空间非常大（比方说一张表中可以有成千上万条记录），InnoDB可能不可以一次性为这么多数据分配一个非常大的存储空间，如果分散到多个不连续的页中存储的话需要把这些页关联起来，FIL_PAGE_PREV和FIL_PAGE_NEXT就分别代表本页的上一个和下一个页的页号。这样通过建立一个双向链表把许许多多的页就都串联起来了，而无需这些页在物理上真正连着。需要注意的是，并不是所有类型的页都有上一个和下一个页的属性，不过我们本集中唠叨的数据页（也就是类型为FIL_PAGE_INDEX的页）是有这两个属性的，所以所有的数据页其实是一个双链表，就像这样：

• 前4个字节代表页的校验和

• 后4个字节代表页面被最后修改时对应的日志序列位置（LSN）

今天的数据页结构理论知识也很多，下面我们来做个总结：

• File Header，表示页的一些通用信息，占固定的38字节。

• Page Header，表示数据页专有的一些信息，占固定的56个字节。

• Infimum + Supremum，两个虚拟的伪记录，分别表示页中的最小和最大记录，占固定的26个字节。

• User Records：真实存储我们插入的记录的部分，大小不固定。

• Free Space：页中尚未使用的部分，大小不确定。

• Page Directory：页中的某些记录相对位置，也就是各个槽在页面中的地址偏移量，大小不固定，插入的记录越多，这个部分占用的空间越多。

• File Trailer：用于检验页是否完整的部分，占用固定的8个字节。

• 通过二分法确定该记录所在的槽。
• 通过记录的next_record属性遍历该槽所在的组中的各个记录。

6、为保证从内存中同步到磁盘的页的完整性，在页的首部和尾部都会存储页中数据的校验和和页面最后修改时对应的LSN
值，如果首部和尾部的校验和和LSN
值校验不成功的话，就说明同步过程出现了问题。

本章较上一章记录结构知识点更多，原书作者画了很多图，看完后，我是一脸懵。所以我整理了一下，按照我理解的方式把知识点串成一张结构图，比较重要的点都在图中标记出来了，详细释义，还请大家看文章讲解。虽然这两章内容理论知识偏多，但是为我们后面理解索引原理打下坚实基础，所以大家一定要理解文中重要的知识点。站在巨人的肩膀上，每天进步一点点。

end