一、表空间文件结构

InnoDB表空间文件结构分为: Tablespace(表空间) --> Segment（段）-->Extent（区）-->Page（页）--> Row（行）

1) Tablesapce

1. 表空间能够看作是InnoDB 存储引擎逻辑结构的最高层，用于存储多个ibd数据文件，用于存储表的记录和索引。一个文件包含多个段。
2. 表空间分为：系统表空间、独占表空间、通用表空间、 临时表空间、Undo 表空间。

2) 段 (Segment)

1. 段是磁盘上空间分配和回收的申请者，是一个逻辑概念，用来管理物理文件,段是为了保持叶子节点在磁盘上的连续，可以实现更好的顺序I/O操作。
2. 常见的段有数据段、索引段、回滚段等. 其中索引段就是非叶子结点部分，而数据段就是叶子结点部分，回滚段用于数据的回滚和多版本控制。

3) 区 ( Extend )

1. 区是由连续页组成的空间，每个区的默认大小都是1MB，一个区中有64个连续的页。为了保证区中页的连续性，扩展的时候InnoDB存储引擎一次从磁盘申请4~5个区。

4) 页 (Page)

1. 区是由连续的页（Page） 组成的空间，默认每一个页的存储大小为16k。
2. 页，用于存储多个Row行记录。包含很多种页类型，比如数据页，undo页，系统页，事务数据页，大的BLOB对象页。

5) 行 (Row)

1. InnoDB的数据是按行进行存放的，每个页存放的行记录最多允许存放16KB / 2 -200行的记录，即7992行记录。每行记录根据不同的行格式、不同的数据类型，会有不同的存储方式。
2. 行，包含了记录的字段值，事务ID（DB_TRX_ID）、回滚指针（DB_ROLLPTR）、字段指针（Field pointers）等信息。

二、Page结构

Page是整个InnoDB存储的最基本构件，也是InnoDB磁盘管理的最小单位，与数据库相关的所有内容都存储在这种Page结构里。

Page分为几种类型，常见的页类型有数据页（B+tree Node）Undo页（Undo Log Page）系统页（System Page） 事务数据页（Transaction System Page）等；

1、Page 各部分说明

• File Header 字段用于记录 Page 的头信息，其中比较重要的是 FIL_PAGE_PREV 和FIL_PAGE_NEXT 字段，通过这两个字段，我们可以找到该页的上一页和下一页，实际上所有页通过两个字段可以形成一条双向链表。
• Page Header 字段用于记录 Page 的状态信息。
• Infimum 和 Supremum 是两个伪行记录，Infimum（下确界）记录比该页中任何主键值都要小的值，Supremum （上确界）记录比该页中任何主键值都要大的值，这个伪记录分别构成了页中记录的边界。
• User Records 中存放的是实际的数据行记录。
• Free Space 中存放的是空闲空间，被删除的行记录会被记录成空闲空间。
• Page Directory 记录着与二叉查找相关的信息。
• File Trailer 存储用于检测数据完整性的校验和等数据。

页结构整体上可以分为三大部分，分别为通用部分(文件头、文件尾)、存储记录空间、索引部分。

1) 通用部分 (File Header&File Trailer )

通用部分 : 主要指文件头和文件尾，将页的内容进行封装，通过文件头和文件尾校验的CheckSum方式来确保页的传输是完整的。

其中比较重要的是在文件头中的 FIL_PAGE_PREV 和 FIL_PAGE_NEXT 字段，通过这两个字段，我们可以找到该页的上一页和下一页，实际上所有页通过两个字段可以形成一条双向链表

2) 记录部分(User Records&Free Space)

页的主要作用是存储记录，所以“最小和最大记录”和“用户记录”部分占了页结构的主要空间。另外空闲空间是个灵活的部分，当有新的记录插入时，会从空闲空间中进行分配用于存储新记录

3)数据目录部分 (Page Directory)

数据页中行记录按照主键值由小到大顺序串联成一个单链表(页中记录是以单向链表的形式进行存储的)，且单链表的链表头为最小记录，链表尾为最大记录。并且为了更快速地定位到指定的行记录，通过 Page Directory 实现目录的功能，借助 Page Directory 使用二分法快速找到需要查找的行记录。

三、行记录格式

1、行格式分类

表的行格式决定了它的行是如何物理存储的，这反过来又会影响查询和DML操作的性能。如果在单个page页中容纳更多行，查询和索引查找可以更快地工作，缓冲池中所需的内存更少，写入更新时所需的I/O更少。

InnoDB存储引擎支持四种行格式：Redundant、Compact、Dynamic 和 Compressed .

查询MySQL使用的行格式,默认为: dynamic

mysql> show variables like 'innodb_default_row_format'; 
+---------------------------+---------+ 
| Variable_name 						| Value	  | 
+---------------------------+---------+ 
| innodb_default_row_format | dynamic | 
+---------------------------+---------+

指定行格式语法

CREATE TABLE <table_name(column_name)> ROW_FORMAT=行格式名称 
ALTER TABLE <table_name> ROW_FORMAT=行格式名称

2、COMPACT 行记录格式

Compact 设计目标是高效地存储数据，一个页中存放的行数据越多，其性能就越高。

compact行记录由两部分组成: 记录放入额外信息 和 记录的真实数据；

1、记录额外信息部分

服务器为了描述一条记录而添加了一些额外信息(元数据信息)，这些额外信息分为3类，分别是: 变长字段长度列表、NULL值列表和记录头信息。

变长字段长度列表

MySQL支持一些变长的数据类型，比如VARCHAR(M)、VARBINARY(M)、各种TEXT类型，各种BLOB类型，这些变长的数据类型占用的存储空间分为两部分：

1. 真正的数据内容
2. 占用的字节数

变长字段的长度是不固定的，所以在存储数据的时候要把这些数据占用的字节数也存起来，读取数据的时候才能根据这个长度列表去读取对应长度的数据。

在 Compact 行格式中，把所有变长类型的列的长度都存放在记录的开头部位形成一个列表，按照列的顺序逆序存放,这个列表就是 变长字段长度列表。

NULL值列表

表中的某些列可能会存储NULL值，如果把这些NULL值都放到记录的真实数据中会比较浪费空间，所以Compact行格式把这些值为NULL的列存储到NULL值列表中。( 如果表中所有列都不允许为 NULL，就不存在NULL值列表 )

记录头信息

记录头信息是由固定的5个字节组成，5个字节也就是40个二进制位，不同的位代表不同的意思，这些头信息会在后面的一些功能中看到。

1. 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;

2. 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。

3. n_owned

代表每个分组里，所拥有的记录的数量，一般是分组里主键最大值才有的。

4. heap_no

在数据页的User Records中插入的记录是一条一条紧凑的排列的，这种紧凑排列的结构又被称为堆。为了便于管理这个堆，把记录在堆中的相对位置给定一个编号——heap_no。所以heap_no这个属性表示当前记录在本页中的位置。

5. record_type

这个属性表示当前记录的类型，一共有4种类型的记录， 0 表示普通用户记录， 1 表示B+树非叶节点记录， 2 表示最小记录， 3 表示最大记录。

6. next_record

表示从当前记录的真实数据到下一条记录的真实数据的地址偏移量，可以理解为指向下一条记录地址的指针。值为正数说明下一条记录在当前记录后面，为负数说明下一条记录在当前记录的前面。

2、记录真实数据部分

记录的真实数据除了插入的那些列的数据，MySQL会为每个记录默认的添加一些列（也称为隐藏列），具体的列如下：

生成隐藏主键列的方式有:

1. 服务器会在内存中维护一个全局变量，每当向某个包含隐藏的row_id列的表中插入一条记录时，就会把该变量的值当作新记录的row_id列的值，并且把该变量自增1。
2. 每当这个变量的值为256的倍数时，就会将该变量的值刷新到系统表空间的页号为7的页面中一个Max Row ID的属性处。
3. 当系统启动时，会将页中的Max Row ID属性加载到内存中，并将该值加上256之后赋值给全局变量，因为在上次关机时该全局变量的值可能大于页中Max Row ID属性值。

3、Compact中的行溢出机制

什么是行溢出 ?

MySQL中是以页为基本单位,进行磁盘与内存之间的数据交互的,我们知道一个页的大小是16KB,16KB = 16384字节.而一个varchar(m) 类型列最多可以存储65532个字节,一些大的数据类型比如TEXT可以存储更多。

如果一个表中存在这样的大字段,那么一个页就无法存储一条完整的记录.这时就会发生行溢出,多出的数据就会存储在另外的溢出页中。

总结: 如果某些字段信息过长，无法存储在B树节点中，这时候会被单独分配空间，此时被称为溢出页，该字段被称为页外列。

Compact中的行溢出机制

InnoDB 规定一页至少存储两条记录(B+树特点)，如果页中只能存放下一条记录，InnoDB存储引擎会自动将行数据存放到溢出页中。

当发生行溢出时，数据页只保存了前768字节的前缀数据，接着是20个字节的偏移量，指向行溢出页。

4、其他行记录格式

1. DYNAMIC 和 COMPRESSED 行记录格式

DYNAMIC 和 COMPRESSED新格式引入的功能有：数据压缩、增强型长列数据的页外存储和大索引前缀。

Compressed 和 Dynamic 行记录格式与 Compact 行记录格式是类似的，区别是在处理行溢出时,数据页不会存储真实数据的前768字节(完全溢出)，只存储20个字节的指针来指向溢出页。

Compressed 与 Dynamic 相比，Compressed 存储的行数据会以zlib的算法进行压缩以节省空间，因此对于 BLOB、TEXT、VARCHAR 这类大长度类型的数据能够进行非常有效的存储。

MySQL5.7 默认的行记录格式是 Dynamic 。

2. Redundant

Redundant是 MySQL5.0 版本之前 InnoDB 的行记录存储方式。

Redundant 行记录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。该条记录中所有列（包括隐藏列、NULL值列）的长度信息都按照逆序存储到字段长度偏移列表。