导读
本文略长，主要解决以下几个疑问1、聚集索引里都存储了什么宝贝2、什么时候索引层高会发生变化3、预留的1/16空闲空间做什么用的4、记录被删除后的空间能回收重复利用吗
1、背景信息
1.1 关于innodb_fill_factor
有个选项 innodb_fill_factor 用于定义InnoDB page的填充率，默认值是100，但其实最高只能填充约15KB的数据，因为InnoDB会预留1/16的空闲空间。在InnoDB文档中，有这么一段话
An innodb_fill_factor setting of 100 leaves 1/16 of the space in clustered index pages free for future index growth.
另外，文档中还有这样一段话
When new records are inserted into an InnoDB clustered index, InnoDB tries to leave 1/16 of the page free for future insertions and updates of the index records. If index records are inserted in a sequential order (ascending or descending), the resulting index pages are about 15/16 full. If records are inserted in a random order, the pages are from 1/2 to 15/16 full.
上面这两段话，综合起来理解，就是
- 即便 innodb_fill_factor=100，也会预留1/16的空闲空间，用于现存记录长度扩展用
- 在最佳的顺序写入数据模式下，page填充率有可能可以达到15/16
- 在随机写入新数据模式下，page填充率约为 1/2 ~ 15/16
- 预留1/16这个规则，只针对聚集索引的叶子节点有效。对于聚集索引的非叶子节点以及辅助索引（叶子及非叶子）节点都没有这个规则
- 不过 innodb_fill_factor 选项对叶子节点及非叶子节点都有效，但对存储text/blob溢出列的page无效
1.2 关于innodb_ruby项目
innodb_ruby 项目是由Jeremy Cole 和 Davi Arnaut 两位大神开发的项目，可用于解析InnoDB数据结构，用ruby开发而成。他们还维护了另一个众所周知的项目叫 InnoDB Diagrams，相信稍微资深一点的MySQL DBA都应该知道这个项目。
1.3 关于innblock工具
由八怪开发，用于扫描和分析InnoDB page，详见 innblock | InnoDB page观察利器
1.4 阅读本文背景信息
需要假设您对InnoDB的数据结构已经有了一定了解，包括B+树、聚集索引、辅助索引，以及innodb page的一些简单结构。
如果不太肯定，请先阅读这些文档内容
- Clustered and Secondary Indexes
- The Physical Structure of an InnoDB Index
- InnoDB Row Formats
- InnoDB Record Structure
- InnoDB Page Structure
2、测试验证：一层高的InnoDB表聚集索引，最多能存多少条数据
从上面我们知道，一个page最大约能存储15/16容量，扣掉用于存储page header、trailer信息，以及index header、File Segment Header、Infimum&Supremum（两条虚拟记录）等必要的固定消耗之后，实际大约只有15212字节可用于存储用户数据。
这样一来，我们就可以简单测算出一个page大约能存储多少条记录了。
本次用到的测试表，只有一个INT列，同时作为主键（建议横版观看，可左右滑动。或者复制链接到PC端打开观看，效果更佳。下同）
# MySQL的版本是Percona Server 5.7.22-22，我自己下载源码编译的 [root@yejr.me#] mysql -Smysql.sock innodb ... Server version: 5.7.22-22-log Source distribution ... [root@yejr.me]> \s ... Server version: 5.7.22-22-log Source distribution # 创建测试表 [root@yejr.me]> CREATE TABLE `t1` ( `i` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT, PRIMARY KEY (`i`) ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 ROW_FORMAT=DYNAMIC;
另外，我们知道每条记录都要几个额外存储的数据
- DB_TRX_ID，6字节
- DB_ROLL_PTR，7字节
- Record Header，至少5字节（用上面这个测试表，只需要5字节，不同数据类型需要的header长度也不同，详见 浅析InnoDB Record Header及page overflow
- 因此，一条数据需要消耗 4(INT列) + 6 + 7 + 5 = 22字节
- 此外，大约每4条记录就需要一个directory slot，每个slot需要2字节
- 综上，假设可以存储N条记录，则 N*22 + N/4*2 = 15212，可求得N约等于676
接下来我们验证一下，往该表中持续插入 676 条数据
[root@yejr.me]> insert into t1 select 0;
...# 逐次反复执行676次
然后，我们利用 innodb_ruby 工具查看其数据结构
2.1 查看聚集索引page结构
此时t1表的聚集索引树只有一层高，一个page即pageno=3
[root@yejr]# innodb_space -s ibdata1 -T innodb/t1 space-indexes
id name root fseg fseg_id used allocated fill_factor
128 PRIMARY 3 internal 1 1 1 100.00%
128 PRIMARY 3 leaf 2 0 0 0.00%
再用innblock工具扫描佐证一下
[root@yejr]# innblock innodb/t1.ibd scan 16
...
level0 total block is (1)
block_no: 3,level: 0|*|
2.2 查看其directory slot
可以看到170个slot，其中Infimum记录的owned=1，Supremum记录的owned=5
[root@yejr]# innodb_space -s ibdata1 -T innodb/t1 \
-p 3 page-directory-summary|grep -c -v slot
170
2.3 查看整个page的全览图
前面是一堆头信息
[root@yejr]# innodb_space -s ibdata1 -T innodb/t1 -p 3 page-illustrate
Offset ╭────────────────────────────────────────────────────────────────╮
0 │█████████████████████████████████████▋██████████████████████████│
64 │█████████▋███████████████████▋████████████▋████████████▋████▋███│
# 大概从这里开始是第一条记录
128 │█████████████▋████▋████████████████▋████▋████████████████▋████▋█│
192 │███████████████▋████▋████████████████▋████▋████████████████▋████│
...
# 中间是用户数据
...
# 这里是预留的1/16空闲空间
15872 │ │
15936 │ │
# 这里是page directory slot，逆序存储
# trailer占用8字节，此后每个slot占用2字节
# 共170个slot
16000 │ █▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋│
...
16320 │█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋█▋███████▋│
╰────────────────────────────────────────────────────────────────╯
# 最后是统计汇总信息
Legend (█ = 1 byte):
Region Type Bytes Ratio
█ FIL Header 38 0.23%
█ Index Header 36 0.22%
█ File Segment Header 20 0.12%
█ Infimum 13 0.08%
█ Supremum 13 0.08%
█ Record Header 3380 20.63%
█ Record Data 11492 70.14%
█ Page Directory 340 2.08%
█ FIL Trailer 8 0.05%
░ Garbage 0 0.00%
Free 1044 6.37%
可以得到几点信息
- Record Data共占用11492字节，共676条记录，每条记录17字节（4+6+7）
- Page Directory共340字节，170个slot，每个slot占用2字节
- 两条虚拟记录，均占用13字节（含5字节的record header）
- Record Header共3380字节，共676条记录，每条记录需要5字节头信息（再次提醒，表里字段类型各异，Record Header也会随之不同，仅在本例中只需要5字节。详见 浅析InnoDB Record Header及page overflow）
- 提醒：本次测试是顺序写入，如果是随机写入或批量写入，可能就没办法把15/16的page空间填充的满满当当了
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