2.2.1. MySQL中一行记录是怎么存储的？
MySQL的数据存储在那个文件？
每创建一个 database（数据库）都会在 /var/lib/mysql/ 目录里面创建一个以 database 为名的目录，然后保存表结构和表数据的文件都会存放在这个目录里。
在数据库目录中包含三个文件：
- db.opt：存储当前数据库的默认字符集和字符校验规则
- 表名.ibd：存储表数据，也称为独占表空间文件，每张表都有独立的.ibd文件。
- 表名.firm：存储表结构，每建立一张表都生成一个.firm文件
表空间文件的结构：
表空间由段（segment）、区（extent）、页（page）、行（row）组成
- 行（row）
表中的记录都是按行存放，每行记录根据不同的行格式，有不同的存储结构
- 页（page）
InnoDB 的数据是按「页」为单位来读写的，每个页默认空间大小是16kb，是InnoDB 存储引擎磁盘管理的最小单元，常见的有数据页、undo 日志页、溢出页等等，行记录是用数据页管理的。
- 区（extent）
B+ 树中每一层都是通过双向链表连接的，以页为单位来分配存储空间，链表中相邻的两个页之间的物理位置并不连续，磁盘查询时就会有大量的随机I/O，随机 I/O 是非常慢的。当表中数据量大时，不再以页为单位给索引分配空间，而是按照区。每个区大小为1MB，连续的64的页会被划分为一个区，使链表中相邻的页的物理位置也相邻，就能使用顺序 I/O 了。
- 段（segment）
表空间由各个段组成，段由多个区组成。段一般分为数据段、索引段、和回滚段等。
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- 索引段：存放 B + 树的非叶子节点的区的集合；
- 数据段：存放 B + 树的叶子节点的区的集合；
- 回滚段：存放的是回滚数据的区的集合。
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InnoDB 行格式有哪些？
行格式（row_format）,是一条记录的存储结构。
InnoDB 提供了 4 种行格式，分别是 Redundant、Compact、Dynamic和 Compressed 行格式。
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- Redundant 古老的行格式， MySQL 5.0 版本之前用的行格式，现在基本没人用了。
- MySQL 5.0 之后引入了 Compact， 是一种紧凑的行格式，为了让一个数据页中可以存放更多的行记录，从 MySQL 5.1 版本之后，行格式默认设置成 Compact。
- Dynamic 和 Compressed 两个都是紧凑的行格式，它们的行格式都和 Compact 差不多，都是基于 Compact 改进一点东西。从 MySQL5.7 版本之后，默认使用 Dynamic 行格式。
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COMPACT 行格式长什么样？
一条完整的记录分为「记录的额外信息」和「记录的真实数据」两个部分。
记录的额外信息：
- 变长字段长度列表：
存放记录的真实数据占用的大小，读取时根据「变长字段长度列表」读取对应长度的数据，其他变长字段同理。
用一个实例来进行说明：
CREATE TABLE `t_user` (
`id` int(11) NOT NULL,
`name` VARCHAR(20) DEFAULT NULL,
`phone` VARCHAR(20) DEFAULT NULL,
`age` int(11) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
-- 字符集是 ascii（所以每一个字符占用的 1 字节）
) ENGINE = InnoDB DEFAULT CHARACTER SET = ascii ROW_FORMAT = COMPACT;
-- 例如，表中有3条记录
+-------------+-------------+-------------------+-------------------+
| id| name | phone | age |
+-------------+-------------+-------------------+-------------------+
| 1 | a | 123 | 18 |
+-------------+-------------+-------------------+-------------------+
| 2 | bb | 1234 | NULL |
+-------------+-------------+-------------------+-------------------+
| 3 | ccc | NULL | NULL |
+-------------+-------------+-------------------+-------------------+-
- 第一条记录：
name字段的值是a，真实数据占用1字节。phone字段的值是123，真实数据占用3字节。age和id不是变长字段。
这些变长字段的真实数据占用的字节数会按照字段的顺序逆序存放。
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- 第三条记录：phone字段是NULL，NULL 不会存放在行格式中记录的真实数据。
为什么「变长字段长度列表」的信息要按照逆序存放？
因为「记录头信息」中指向下一个记录的指针，指向的是下一条记录的「记录头信息」和「真实数据」之间的位置，这样的好处是向左读就是记录头信息，向右读就是真实数据，比较方便。
还可以使位置靠前的 记录的真实数据和数据对应的字段长度信息可以同时在一个 CPU Cache Line 中，这样就可以提高 CPU Cache 的命中率。
同样的道理， NULL 值列表的信息也需要逆序存放。
- NULL值列表
就是用来存储NULL值的，每个允许NULL值的字段对应一个二进制位，按照字段的顺序逆序排列。二进制位的值是1时，表示该字段是NULL，为0表示不为NULL。NULL值列表必须整数个字节表示，使用的二进制位数不够整个字节，在字节高位补0。
根据三条记录来看NULL值怎么存储的
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- 第一条记录，没有NULL值，用整数字节的二进制位表示NULL，不足8位高位补0。
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- 第二条记录，age字段是NULL，NULL值列表十六进制表示就是0x04。
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- 第三条记录，phone和age字段都是NULL值，NULL值列表十六进制表示就是0x06。
三条记录NULL值列表填充完成后：
每个数据库表的行格式都有「NULL 值列表」吗？
不是，所有字段都是NOT NULL的时候就不会有NULL值列表了，都设置为NOT NULL还能节省至少1字节的存储空间。
- 记录头信息
记录头信息中包含的内容很多，列举几个比较重要的：
- delete_mask ：标识此条数据是否被删除。执行 detele 删除记录的时候，并不会真正的删除记录，只是将这个记录的 delete_mask 标记为 1。
- next_record：下一条记录的位置。记录与记录之间是通过链表组织的。指向的是下一条记录的「记录头信息」和「真实数据」之间的位置。
- record_type：表示当前记录的类型，0表示普通记录，1表示B+树非叶子节点记录，2表示最小记录，3表示最大记录。
记录的真实数据：
除了自己定义的字段，还有三个隐藏字段，分别为：row_id、trx_id、roll_pointer。
- row_id：建表的时候指定了主键或者唯一约束列，就没有 row_id 隐藏字段了。如果既没有指定主键，又没有唯一约束， InnoDB 就会为记录添加 row_id 隐藏字段。row_id不是必需的，占用 6 个字节。
- trx_id：事务id，表示这个数据是由哪个事务生成的。 trx_id是必需的，占用 6 个字节。
- roll_pointer：记录上一个版本的指针。roll_pointer 是必需的，占用 7 个字节。
VARCHAR(）的最大取值范围是多少？
除了 TEXT、BLOB 类型的字段，限制最大为 65535 字节，注意是一行的总长度，不是一列。
要算 varchar(n) 最大能允许存储的字节数，要看数据库表的字符集，不同的字符集，1个字符占用字节不同，比如 ascii 字符集， 1 个字符占用 1 字节， varchar(100) 最大能允许存储 100 字节的数据。
65535个字节中是包含了「变长字段长度列表」和 「NULL 值列表」所占用字节数的，变长字段存储的字节数小于255字节占用1个字节，如果大于255字节占用两个字节。
计算VARCHAR(n)的最大值需要减去「变长字段长度列表」和 「NULL 值列表」所占用的字节数的，
65535-2-1=65532。
在 UTF-8 字符集下，一个字符最多需要三个字节，varchar(n) 的 n 最大取值就是 65532/3 = 21844。
行溢出后，MySQL是怎么处理的？
MySQL 中磁盘和内存交互的基本单位是页，一个页的大小一般是 16KB，也就是 16384字节，一个 varchar(n) 类型的列最多可以存储 65532字节，一些大对象如 TEXT、BLOB 可能存储更多的数据，这时一个页可能就存不了一条记录。这个时候就会发生行溢出，多的数据就会存到另外的「溢出页」中。
一个页存不下一条记录，记录的真实数据处存放部分数据，然后有20个字节存放溢出页的地址，剩余部分存到溢出页中。
Compressed 和 Dynamic采用完全溢出方式，有数据溢出时，记录的真实数据处只存放20字节的指针，指向溢出页，真实数据都存放在溢出页中。
