InnoDB存储引擎介绍-(6) 二. Innodb Antelope文件格式

InnoDB存储引擎和大多数数据库一样（如Oracle和Microsoft SQL Server数据库），记录是以行的形式存储的。这意味着页中保存着表中一行行的数据。到MySQL 5.1时，InnoDB存储引擎提供了Compact和Redundant两种格式来存放行记录数据，Redundant是为兼容之前版本而保留的，如果你阅读过InnoDB的源代码，会发现源代码中是用PHYSICAL RECORD（NEW STYLE）和PHYSICAL RECORD（OLD STYLE）来区分两种格式的。MySQL 5.1默认保存为Compact行格式。你可以通过命令SHOW TABLE STATUS LIKE ‘table_name‘来查看当前表使用的行格式，其中row_format就代表了当前使用的行记录结构类型。例如：

cmf>show table status like 'users'G
*************************** 1. row ***************************
           Name: users
         Engine: InnoDB
        Version: 10
     Row_format: Compact
           Rows: 9
 Avg_row_length: 1820
    Data_length: 16384
Max_data_length: 0
   Index_length: 16384
      Data_free: 0
 Auto_increment: NULL
    Create_time: 2016-02-04 21:16:46
    Update_time: NULL
     Check_time: NULL
      Collation: utf8_general_ci
       Checksum: NULL
 Create_options: 
        Comment: 
1 row in set (0.02 sec)

数据库实例的一个作用就是读取页中存放的行记录。如果我们知道规则，那么也可以读取其中的记录，如py_innodb_page_info工具。下面将具体分析各格式存放数据的规则。

Compact行记录格式

Compact行记录是在MySQL 5.0时被引入的，其设计目标是能高效存放数据。简单来说，如果一个页中存放的行数据越多，其性能就越高。Compact行记录以如下方式进行存储：

 Compact行格式的首部是一个非NULL变长字段长度列表，而且是按照列的顺序逆序放置的。当列的长度小于255字节，用1字节表示，若大于255个字节，用2个字节表示，变长字段的长度最大不可以超过2个字节（这也很好地解释了为什么MySQL中varchar的最大长度为65 535，因为2个字节为16位，即216=1=65 535）。第二个部分是NULL标志位，该位指示了该行数据中是否有NULL值，用1表示。该部分所占的字节应该为bytes。接下去的部分是为记录头信息（record header），固定占用5个字节（40位），每位的含义见下表4-1。最后的部分就是实际存储的每个列的数据了，需要特别注意的是，NULL不占该部分任何数据，即NULL除了占有NULL标志位，实际存储不占有任何空间。另外有一点需要注意的是，每行数据除了用户定义的列外，还有两个隐藏列，事务ID列和回滚指针列，分别为6个字节和7个字节的大小。若InnoDB表没有定义Primary Key，每行还会增加一个6字节的RowID列。

下面用一个具体事例来分析Compact行记录的内部结构：

wubx>create table mytest (t1 varchar(10),t2 varchar(10),t3 char(10),t4 varchar(10)) engine=innodb charset=latin1 row_format=compact;
Query OK, 0 rows affected (0.12 sec)

wubx>insert into mytest values('a','bb','bb','ccc'); 
Query OK, 1 row affected (0.04 sec)

wubx>insert into mytest values('d','ee','ee','fff'); 
Query OK, 1 row affected (0.03 sec)

wubx>insert into mytest values('d',NULL,NULL,'fff'); 
Query OK, 1 row affected (0.04 sec)

wubx>select * from mytestG
*************************** 1. row ***************************
t1: a
t2: bb
t3: bb
t4: ccc
*************************** 2. row ***************************
t1: d
t2: ee
t3: ee
t4: fff
*************************** 3. row ***************************
t1: d
t2: NULL
t3: NULL
t4: fff
3 rows in set (0.00 sec)

创建了mytest表，有4个列，t1、t2、t4都为varchar变长字段类型，t3为固定长度类型char。接着我们插入了3条有代表性的数据，接着打开mytest.ibd（启用了innodb_file_per_table，若你没有启用该选项，请打开默认的共享表空间文件ibdata1）。在Windows下，可以选择用UltraEdit打开该二进制文件（在Linux环境下，使用hexdump -C -v mytest.ibd＞mytest.txt即可），打开mytest.txt文件，找到如下内容： 

$ hexdump -C -v mytest.ibd > mytest.txt
$ less mytest.txt
0000c070  73 75 70 72 65 6d 75 6d  03 02 01 00 00 00 10 00  |supremum........|
0000c080  2c 00 00 00 33 1e 00 00  00 00 81 51 25 9e 00 00  |,...3......Q%...|
0000c090  01 89 01 10 61 62 62 62  62 20 20 20 20 20 20 20  |....abbbb       |
0000c0a0  20 63 63 63 03 02 01 00  00 00 18 00 2b 00 00 00  | ccc........+...|
0000c0b0  33 1e 01 00 00 00 81 51  26 9f 00 00 01 8d 01 10  |3......Q&.......|
0000c0c0  64 65 65 65 65 20 20 20  20 20 20 20 20 66 66 66  |deeee        fff|
0000c0d0  03 01 06 00 00 20 ff 98  00 00 00 33 1e 02 00 00  |..... .....3....|
0000c0e0  00 81 51 2b a2 00 00 01  48 01 10 64 66 66 66 00  |..Q+....H..dfff.|

该行记录从0000c078开始，若整理如下，相信你会有更好的理解：
03 02 01　　　　　　　　　　　　　/*变长字段长度列表，逆序*/
00　　　　　　　　　　　　　　　　　/*NULL标志位，第一行没有NULL值*/
00 00 10 00 2c　　　　　　　　　　/*记录头信息，固定5字节长度*/
00 00 00 33 1e 00　　　　　　　　/*RowID我们建的表没有主键，因此会有RowID*/
00 00 00 81 51 25　　　　　　　　/*TransactionID*/
9e 00 00 01 89 01 10　　　　　　/*Roll Pointer*/
61　　　　　　　　　　　　　　　　 /*列1数据‘a‘*/
62 62　　　　　　　　　　　　　　　/*列2‘bb‘*/
62 62 20 20 20 20 20 20 20 20 /*列3数据‘bb‘*/
63 63 63　　　　　　　　　　　　　/*列4数据‘ccc‘*/

现在第一行数据就展现在我们眼前了。需要注意的是，变长字段长度列表是逆序存放的，03 02 01，而不是01 02 03。还需要注意的是InnoDB每行有隐藏列。同时可以看到，固定长度char字段在未填充满其长度时，会用0x20来进行填充。再来分析一下，记录头信息的最后4个字节代表next_recorder，0x1e00代表下一个记录的偏移量，当前记录的位置+0x1e00就是下一条记录的起始位置。所以InnoDB存储引擎在页内部是通过一种链表的结构来串联各个行记录的。

第二行我将不做整理，除了RowID不同外，它和第一行大同小异，有兴趣的读者可以用上面的方法自己试试。

现在我们关注有NULL值的第三行：

03 01　　　　　　　　　　/*变长字段长度列表，逆序*/

06　　　　　　　　　　　 /*NULL标志位，第三行有NULL值*/

00 00 20 ff 98　　　　　　 /*记录头信息*/

00 00 00 33 1e 02　　　　 /*RowID*/

00 00 00 81 51 2b　　　　/*TransactionID*/

a2 00 00 01 48 01 10　　  /*Roll Pointer*/

64　　　　　　　　          /*列1数据‘d‘*/

66 66 66　　　　　　　　/*列4数据‘fff‘*/

第三行有NULL值，因此NULL标志位不再是00而是06了，转换成二进制为00000110，为1的值即代表了第2列和第3列的数据为NULL，在其后存储列数据的部分，我们会发现没有存储NULL，只存储了第1列和第4列非NULL的值。这个例子很好地说明了：不管是char还是varchar类型，NULL值是不占用存储空间的。

Redundant行记录格式

 Redundant是MySQL 5.0版本之前InnoDB的行记录存储方式，MySQL 5.0支持Redundant是为了向前兼容性。Redundant行记录以如下方式存储：

从上图可以看到，不同于Compact行记录格式，Redundant行格式的首部是一个字段长度偏移列表，同样是按照列的顺序逆序放置的。当列的长度小于255字节，用1字节表示；若大于255个字节，用2个字节表示。第二个部分为记录头信息（record header），不同于Compact行格式，Redundant行格式固定占用6个字节（48位），每位的含义见表4-2。从表中可以看到，n_fields值代表一行中列的数量，占用10位，这也很好地解释了为什么MySQL一个行支持最多的列为1023。另一个需要注意的值为1byte_offs_flags，该值定义了偏移列表占用1个字节还是2个字节。最后的部分就是实际存储的每个列的数据了。

创建一张和mytest内容完全一样、但行格式为Redundant的表mytest2

wubx>create table mytest2 engine=innodb row_format=redundant as (select * from mytest);
Query OK, 3 rows affected (0.18 sec)
Records: 3  Duplicates: 0  Warnings: 0

wubx>show table status like 'mytest2'G
*************************** 1. row ***************************
           Name: mytest2
         Engine: InnoDB
        Version: 10
     Row_format: Redundant
           Rows: 3
 Avg_row_length: 5461
    Data_length: 16384
Max_data_length: 0
   Index_length: 0
      Data_free: 0
 Auto_increment: NULL
    Create_time: 2017-08-19 19:52:08
    Update_time: NULL
     Check_time: NULL
      Collation: latin1_swedish_ci
       Checksum: NULL
 Create_options: row_format=REDUNDANT
        Comment: 
1 row in set (0.00 sec)

wubx>select * from mytest;
+------+------+------+------+
| t1   | t2   | t3   | t4   |
+------+------+------+------+
| a    | bb   | bb   | ccc  |
| d    | ee   | ee   | fff  |
| d    | NULL | NULL | fff  |
+------+------+------+------+
3 rows in set (0.00 sec)

 现在row_format变为Redundant。同样，通过hexdump将表空间mytest2.ibd导出到文本文件mytest2.txt。打开文件，找到类似如下行：

0000c070 08 03 00 00 73 75 70 72 65 6d 75 6d 00 23 20 16|……supremum.#.
0000c080 14 13 0c 06 00 00 10 0f 00 ba 00 00 00 2b 68 0b|……+h.
0000c090 00 00 00 00 06 53 80 00 00 00 32 01 10 61 62 62|……S……2..abb
0000c0a0 62 62 20 20 20 20 20 20 20 20 63 63 63 23 20 16|bb ccc#.
0000c0b0 14 13 0c 06 00 00 18 0f 00 ea 00 00 00 2b 68 0c|……+h.
0000c0c0 00 00 00 00 06 53 80 00 00 00 32 01 1e 64 65 65|……S……2..dee
0000c0d0 65 65 20 20 20 20 20 20 20 20 66 66 66 21 9e 94|ee fff！..
0000c0e0 14 13 0c 06 00 00 20 0f 00 74 00 00 00 2b 68 0d|……t……+h.
0000c0f0 00 00 00 00 06 53 80 00 00 00 32 01 2c 64 00 00|……S……2.，d..
0000c100 00 00 00 00 00 00 00 00 66 66 66 00 00 00 00 00|……fff……

整理可以得到如下内容：
23 20 16 14 13 0c 06/*长度偏移列表，逆序*/
00 00 10 0f 00 ba/*记录头信息，固定6个字节*/
00 00 00 2b 68 0b/*RowID*/
00 00 00 00 06 53/*TransactionID*/
80 00 00 00 32 01 10/*Roll Point*/
61/*列1数据‘a‘*/
62 62/*列2数据‘bb‘*/
62 62 20 20 20 20 20 20 20 20/*列3数据‘bb‘Char类型*/
63 63 63/*列4数据‘ccc‘*/

23 20 16 14 13 0c 06，逆转为06，0c，13，14，16，20，23。分别代表第一列长度6，第二列长度6（6+6=0x0C），第三列长度为7（6+6+7=0x13），第四列长度1（6+6+7+1=0x14），第五列长度2（6+6+7+1+2=0x16），第六列长度10（6+6+7+1+2+10=0x20），第七列长度3（6+6+7+1+2+10+3=0x23）。

记录头信息中应该注意48位中22～32位，为0000000111，表示表共有7个列（包含了隐藏的3列），接下去的33位为1，代表偏移列表为一个字节。

后面的信息就是实际每行存放的数据了，这与Compact行格式大致相同。

请注意是大致相同，因为如果我们来看第三行，会发现对于NULL的处理两者是不同的。

21 9e 94 14 13 0c 06/*长度偏移列表，逆序*/

00 00 20 0f 00 74/*记录头信息，固定6个字节*/

00 00 00 2b 68 0d/*RowID*/

00 00 00 00 06 53/*TransactionID*/

80 00 00 00 32 01 10/*Roll Point*/

64/*列1数据‘a‘*/

00 00 00 00 00 00 00 00 00 00/*列3数据NULL*/

66 66 66/*列4数据‘fff‘*/

这里与之前Compact行格式有着很大的不同了，首先来看长度偏移列表，我们逆序排列后得到06 0c 13 14 94 9e 21，前4个值都很好理解，第5个NULL变为了94，接着第6个列char类型的NULL值为9e（94+10=0x9e），之后的21代表14+3=0x21。可以看到对于varchar的NULL值，Redundant行格式同样不占用任何存储空间，因而char类型的NULL值需要占用空间。

当前表mytest2的字符集为Latin1，每个字符最多只占用1个字节。若这里将表mytest2的字符集转换为utf8，第三列char固定长度类型就不再是只占用10个字节了，而是10×3=30个字节，Redundant行格式下char固定字符类型将会占据可能存放的最大值字节数。

Compressed与Dynamic行记录格式

InnoDB Plugin引入了新的文件格式（file format，可以理解为新的页格式），对于以前支持的Compact和Redundant格式将其称为Antelope文件格式，新的文件格式称为Barracuda。Barracuda文件格式下拥有两种新的行记录格式Compressed和Dynamic两种。新的两种格式对于存放BLOB的数据采用了完全的行溢出的方式，在数据页中只存放20个字节的指针，实际的数据都存放在BLOB Page中，而之前的Compact和Redundant两种格式会存放768个前缀字节。

下图是Barracuda文件格式的溢出行：

Compressed行记录格式的另一个功能就是，存储在其中的行数据会以zlib的算法进行压缩，因此对于BLOB、TEXT、VARCHAR这类大长度类型的数据能进行非常有效的存储。