0. 概述

本篇博客对其中结构性的内容并没有进行深究，同时认为深究的意义不是很大，如果各位有兴趣，可以参阅《MySQL技术内幕》。

1. 索引组织表

在InnoDB存储引擎中，表都是根据主键顺序组织存放的，这种存储方式的表称为索引组织表。

如果在创建表时没有显示定义主键，则InnoDB 按照如下方式选择或创建主键。

如果存在非空且唯一性索引，则将该列作为主键。
如果不存在，则 MySQL 会自动创建一个 6 字节大小的指针作为主键。

2. InnoDB 逻辑存储结构

InnoDB的逻辑结构中，所有数据都被逻辑地存放在一个空间中，称为表空间（tablespace）。表空间又由段（segment）、区（extent）、页（page）组成。

2.1 表空间

默认情况下，InnoDB有一个共享表空间ibdata1，所有数据都存放在这个表空间内。

2.2 段

表空间由各个段组成，常见的段有数据段、索引段、回滚段等。

由于InnoDB 表是索引组织的，因此数据即索引，索引即数据。数据段即为 B+树的叶子节点，索引段即为B+ 树的非叶子节点。

2.3 区

区是由连续页组成的空间，在任何情况下每个区的大小都为 1 MB。

默认情况下，InnoDB 页的大小为 16 KB，即一个区中一共有 64 个连续的页。

2.4 页

页是InnoDB磁盘管理的最小单元，1.2 X版本后，可以将其设置为4k、8k、16k。

2.5 行

InnoDB中数据是按行存放的，每页最多存放 7992 行记录。

3. InnoDB 行记录格式

InnoDB 提供了 Compact 和 Redundant 两种格式来存放行记录数据。

在 MySQL 5.1 版本中，默认设置为 Compact 行格式。

3.1 Compact 行记录格式

Compact格式，其设计目标是高效地存储数据。即一个页中存放的行数据越多，其性能就越高。

Compact 行记录格式的首部是一个非 NULL 变长字段长度列表，并且其是按照列的顺序逆序放置的。用1字节或者2字节表示。

NULL 标志位，该位指示了该行数据是否有 NULL 值，有则用 1 表示。用 1 字节表示。

3.2 Redundant 行记录格式

不同于 Compact 行记录格式，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。

3.3 行溢出数据

InnoDB可以将一条记录中的某些数据存储在真正的数据页面之外，这部分数据称为行溢出数据。

3.4 Compressed 和 Dynamic 行记录格式

InnoDB 1.0.x 引入新的文件格式 Barracuda ，该文件格式拥有两种新的行记录格式：Compressed 和 Dynamic。

新的两种记录格式对于存放在 BLOB 中的数据采用了完全的行溢出的方式，如图所示，在数据页中只存放20个字节的指针，实际的数据都存放在 Off Page 中，而之前的 Compact 和Redundant 两种格式会存放 768 个前缀字节。

Compressed 的另一个功能就是，存储在其中的行数据会以 zlib 算法进行压缩。

3.5 CHAR 的行结构存储

从 MySQL 4.1 开始，CHAR(N) 中的 N 指的是字符的长度，而不是之前版本的字节长度。

对于 UTF8 下 CHAR(10) 类型的列，其最小可以存储 10 字节的字符，而最大可以存储30字节的字符。

因此，对于多字节字符编码的 CHAR 数据类型的存储，InnoDB 存储引擎在内部将其视为变长字符类型，因此可以认为多字节字符集的情况下，CHAR和VARCHAR的实际行存储基本是没有区别的，对于未能占满长度的字符还是填充 0x20。

4. InnoDB 数据页结构

4.1 File Header

File Header用来记录页的一些头信息。

InnoDB存储引擎中页的类型：

4.2 Page Header

Page Header用来记录数据页的状态信息。

4.3 Infimum 和 Supremum Record

在 InnoDB 中，每个数据页中有两个虚拟的行记录，用来限定记录的边界。Infimum 记录是比该页中任何主键值都要小的值，Supremum 比任何可能大的值还要大的值。这两个值在页创建时被建立，并且在任何情况下都不会被删除。

4.4 User Record 和 Free Space

User Record 实际存储行记录的内容。

Free Space 指的是空闲空间，是个链表数据结构。在一条记录被删除后，该空间会被加入到空闲列表中。

4.5 Page Direction

Page Directory（页目录）中存放了记录的相对位置。

B+树索引本身并不能查找到具体的的一条记录，能找到的只是该记录所在的页。数据库把页载入到内存，然后通过 Page Directory 再进行二叉查找。

4.6 File Trailer

通过页中的 File Trailer 部分，可以检测页是否已经完整地写入磁盘（如写入过程中磁盘损坏、机器关闭等）。

在默认配置下，InnoDB 存储引擎每次从磁盘读取一个页就会检测该页的完整性。

5. Named File Formats 机制

Name File Formats机制用来解决不同版本下页结构兼容性的机制。

6. 约束

6.1 数据完整性

关系型数据库系统和文件系统的一个不同点是，关系数据库本身能保证存储数据的完整性。

约束的作用便是用来保证数据完整性。

数据完整性有以下三种形式：

实体完整性保证表中有一个主键
域完整性保证数据每列的值满足特定的条件

选择合适的数据类型确保一个数据值满足特定条件；

外键（Foreign Key）约束；

编写触发器；

还可以考虑用 DEFAULT 约束作为强制域完整性的一个方面。

参照完整性保证两证表之间的关系

InnoDB 提供以下几种约束：

Primary Key
Unique Key
Foreign Key
DEFAULT
NOT NULL

6.2 约束的创建和查找

约束的创建可以采用以下两种方式：

表建立时进行约束定义
利用 ALTER TABLE命令进行创建约束

6.3 约束和索引的区别

约束更一个逻辑的概念，用来保证数据的完整性，而索引是一个数据结构，即有逻辑上的概念，在数据库中还代表着物理存储的方式。

6.4 对错误数据的约束

MySQL并没有对非法数据的插入或更新进行约束，如果需要插入非法数据时，选择报错，必须设置参数sql_mode，来严格审核输入的参数。

6.5 ENUM 和 SET 约束

MySQL不想SQLServer那样，拥有CHECK约束,，只能提供离散的约束方式ENUM和SET来解决一部分需求。

CREATE TABLE a(
	id INT,
    sex SET ('male','fenake');
);

ENUM 与 SET 的区别：

SET 约束可以从里面取多个值，而ENUM只能取1个。

6.6 触发器与约束

触发器的作用是在执行INSERT、DELETE和UPDATE命令之前或之后自动调用SQL命令或存储过程。

6.7 外键约束

外键用来保证参照完整性。

对父表的外键进行DELETE和UPDATE操作时，子表有如下四种操作：

CASCADE
SET NULL
NO ACTION
RESTRICT

CASCADE 表示当父表发生 DELETE 或 UPDATE 操作时，对相应的子表中的数据也进行 DELETE 或 UPDATE 操作。

SET NULL 表示当父表发生 DELETE 或 UPDATE 操作时，相应的子表中的数据被更新为 NULL 值，但是子表中相应的列必须允许设置为 NULL 值。

NO ACTION 表示当父表发生 DELETE 或 UPDATE 操作时，抛出错误，不允许这类操作发生。

RESTRICT 表示当父表发生 DELETE 或 UPDATE 操作时，抛出错误，不允许这类操作发生。

RESTRICT是在修改或者删除之前去检查从表中是否有对应的数据，如果有，拒绝操作，而NO ACTION是在修改或者删除完以后去检查从表中是否有对应的数据，如果有，拒绝操作，但是在MySQL中，外键约束都会立即检查，所以两者等价。

RESTRICT 是默认的外键设置。

7. 视图

视图是一个命名的虚表，与持久表不同的是，视图中的数据没有实际的物理存储。

7.1 视图的作用

在一定程度上起到一个安全层的作用：程序本身不需要关心基表（base table）的结构，只需要按照视图定义来读取数据或更新数据。

8. 分区表

8.1 分区概述

分区指将一个表或索引分解为多个更小、更可管理的部分。

就访问数据库的应用而言，从逻辑上讲，只有一个表或一个索引，但是在物理上这个表或索引可能由数十个物理分区组成。

MySQL 数据库支持的分区类型为水平分区（指将同一表中不同行的记录分配到不同的物理文件中），并不支持垂直分区（指将同一表中不同列的记录分配到不同的物理文件中）。

分区可能会给某些 SQL 语句性能带来提高，但是分区主要用于数据库高可用性的管理。在OLTP应用中，对于分区的使用应该非常小心。

8.2 分区类型

8.2.1 RANGE 分区

行数据基于一个给定连续区间的列值被放入分区。

启用分区之后，表不再由一个 ibd 文件组成了，而是由建立分区时的各个分区 ibd 文件组成。

创建一个 id 列的区间分区表。当 id 小于 10 时，数据插入 p0 分区。当 id 大于等于 10 小于 20 时，数据插入 p1 分区。

create table t(
	id INT
)ENGINE = INNODB
PARTITION BY RANGE (id(
PARTITION P0 VALUES LESS THAN(10),
PARTITION P1 VALUES LESS THAN(10));
)

当插入一个不再分区中定义的值时，MySQL 会抛出一个异常。

RANGE 分区主要用于日期列的分区，例如对于销售类的表，可以根据年来分区存放销售记录。

8.2.2 LIST 分区

和RANGE分区类型，只是LIST分区面向的是离散的值，而非连续的。

CREATE TABLE t(
	a INT,
    b INT
)ENGINE = INNODB
PARTITION BY RANGE (b)(
PARTITION p0 VALUES IN (1,3,5,7,9),
PARTITION p1 VALUES IN (0,2,4,6,8));

在用 INSERT 插入多个行数据的过程中遇到分区未定义的值时，MyISAM 和 InnoDB 的处理完全不同。MyISAM 会将之前的行数据都插入，但之后的数据不会被插入。而InnoDB 将其视为一个事务，因此没有任何数据插入。

8.2.3 HASH 分区

根据用户自定义的表达式的返回值来进行分区，返回值不能为负数。

HASH 分区的目的是将数据均匀地分布到预先定义地各个分区中，保证各分区地数据数量大致是一样的。

要使用 HASH分区来分割一个表，要在 CHEATE TABLE语句添加一个 PARTITION BY HASH(expr)子句，其中 “expr” 是返回一个整数的表达式。

CREATE table t_hash(
	a INT,
    b DATETIME
)ENGINE = InnoDB
PARTITION BY HASH (YEAR(b))
PARTITIONS 4;

8.2.4 KEY 分区

根据MySQL数据库提供的哈希函数进行分区。

KEY 分区和 HASH 分区相似，不同在于 HASH 分区使用用户定义的函数进行分区，KEY 分区使用 MySQL 数据库提供的函数进行分区。

8.2.5 COLUMN 分区

对于前四种分区，分区的条件是：整型（integer），如果不是整型，那应该需要通过函数将其转换为整性。

COLUMNS 分区可以直接使用非整型的数据进行分区，分区根据类型直接比较而得，不需要转换为整性。

8.3 子分区

子分区是在分区得基础上再进行分区，MySQL是在分区的基础上再进行分区，有时也称这种分区为符合分区。MySQL数据库允许再RANGE和LIST的分区上再进行HASH或KEY的子分区。

CREATE TABLE ts(
	a INT,
    b DATE
)
PARTITION BY RANGE ( YEAR(b))
SUBPARTITIONS 2(
PARTITION p0 VALUES LESS THAN (1990),		
PARTITION p1 VALUES LESS THAN (2000),
PARTITION p2 VALUES LESS THAN MAXVALUE  
);

表 ts 先根据 b 列进行了 RANGE 分区，然后又进行了一次 HASH 分区，所以分区的数量应该为（3*2=6）个

8.4 分区中的 NULL 值

MySQL 允许对NULL值做分区。

MySQL 数据库得分区总是视 NULL 值小于任何得一个非 NULL值。

对于 RANGE 分区，如果向分区列插入了 NULL 值，则 MySQL 数据库会将该值放入最左边的分区。

在 LIST 分区下要使用 NULL 值，则必须显示地指出那个分区中放入 NULL 值，否则会报错。

HASH 和 KEY 分区对于 NULL 的处理方式和 RANGE 分区、LIST 分区不一样。任何分区函数都会将含有 NULL 值得记录返回为 0。

8.5 分区和性能

对于OLAP（在线分析处理）的应用，分区的确是可以很好地提高查询地性能，因为OLAP应用大多数查询需要频繁地扫描一张很大的表。

对于OLTP（在线事务处理）的应用，则未必，如果涉及不好的分区会带来严重的性能问题。

MySQL之表

表