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浅析InnoDB Record Header及page overflow（2）

2022-08-16 30
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简介： 浅析InnoDB Record Header及page overflow

3、案例测试验证过程

我们以场景18为例做测试。测试表结构见下（横屏观看，下同）


[root@yejr.me]> CREATE TABLE `t1` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `c1` varchar(10) DEFAULT NULL,
  `c2` varchar(10) DEFAULT NULL,
  `c3` varchar(10) DEFAULT NULL,
  `c4` varchar(10) DEFAULT NULL,
  `c5` varchar(10) DEFAULT NULL,
  `c6` varchar(10) DEFAULT NULL,
  `c7` varchar(10) DEFAULT NULL,
  `c8` varchar(10) DEFAULT NULL,
  `c9` varchar(10) DEFAULT NULL,
  `c10` varchar(10) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 ROW_FORMAT=DYNAMIC;


插入两条数据

[root@yejr.me]>insert into t1 values(1,'a','a','a','a','a','a','a','a','a','a');

[root@yejr.me]>insert into t1 values(2,'b','b','b','b','b','b','b','b','b','b');


用innblock工具查看数据结构：

[root@yejr.me]# innblock innodb/t2_varchar.ibd 3 16
...
-----Total used rows:4 used rows list(phy):
(1) INFIMUM record offset:99 heapno:0 n_owned 1,delflag:N minflag:0 rectype:2
(2) SUPREMUM record offset:112 heapno:1 n_owned 3,delflag:N minflag:0 rectype:3
(3) normal record offset:137 heapno:2 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(4) normal record offset:181 heapno:3 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0


可以看到一条物理记录的长度是 181-137=44字节，分别由以下几部分组成：

  • record header：17字节
    • 其中基础RH=5
    • 共10个varchar列均允许为NULL因此需要额外10bit折算成2字节
    • 另外每个varchar列最大定义存储长度10*4=40，没超过256字节，每个varchar列需要额外1个字节，共10字节
    • 那么5+2+10=17字节
  • db_trx_id: 6字节
  • db_roll_ptr: 7字节
  • id列: 4字节
  • c1 ~ c10列：10字节

我们再用innodb_ruby工具验证一下：


[root@yejr.me]# innodb_space -s ibdata1 -T innodb/t1 -p 3 page-dump
...
records:
{:format=>:compact,
 :offset=>137,
 :header=>
  {:next=>181,
   :type=>:conventional,
   :heap_number=>2,
   :n_owned=>0,
   :min_rec=>false,
   :deleted=>false,
   :nulls=>[],
   :lengths=>
    {"c1"=>1,
     "c2"=>1,
     "c3"=>1,
     "c4"=>1,
     "c5"=>1,
     "c6"=>1,
     "c7"=>1,
     "c8"=>1,
     "c9"=>1,
     "c10"=>1},
   :externs=>[],
   :length=>17}, #所有record header总大小是17字节
 :next=>181,
 :type=>:clustered,
 :key=>[{:name=>"id", :type=>"INT UNSIGNED", :value=>1}],
 :row=>
  [{:name=>"c1", :type=>"VARCHAR(40)", :value=>"a"},
   {:name=>"c2", :type=>"VARCHAR(40)", :value=>"a"},
   {:name=>"c3", :type=>"VARCHAR(40)", :value=>"a"},
   {:name=>"c4", :type=>"VARCHAR(40)", :value=>"a"},
   {:name=>"c5", :type=>"VARCHAR(40)", :value=>"a"},
   {:name=>"c6", :type=>"VARCHAR(40)", :value=>"a"},
   {:name=>"c7", :type=>"VARCHAR(40)", :value=>"a"},
   {:name=>"c8", :type=>"VARCHAR(40)", :value=>"a"},
   {:name=>"c9", :type=>"VARCHAR(40)", :value=>"a"},
   {:name=>"c10", :type=>"VARCHAR(40)", :value=>"a"}],
 :sys=>
  [{:name=>"DB_TRX_ID", :type=>"TRX_ID", :value=>10518},
   {:name=>"DB_ROLL_PTR",
    :type=>"ROLL_PTR",
    :value=>
     {:is_insert=>true,
      :rseg_id=>100,
      :undo_log=>{:page=>491, :offset=>272}}}],
 :length=>27, #row data总大小是27字节，加上RH的17字节，总共是44字节，和推测结果一致
 :transaction_id=>10518,
 :roll_pointer=>
  {:is_insert=>true, :rseg_id=>100, :undo_log=>{:page=>491, :offset=>272}}}
...



4、什么时候发生page overflow

我们大概知道，一条记录由于有较多的变长列（varchar/text/blob类型），当长度约为page size的一半时，就会发生overflow，会把最长的那个列存储在独立的page中，聚集索引中用20字节的指针指向那个page（dynamic row format时是这么做的，不同row format处理方式也不同）。文档中是这么说的

Variable-length columns are an exception to the rule that column values are stored in B-tree index nodes. Variable-length columns that are too long to fit on a B-tree page are stored on separately allocated disk pages called overflow pages. Such columns are referred to as off-page columns. The values of off-page columns are stored in singly-linked lists of overflow pages, with each such column having its own list of one or more overflow pages. Depending on column length, all or a prefix of variable-length column values are stored in the B-tree to avoid wasting storage and having to read a separate page.

When a table is created with ROW_FORMAT=DYNAMIC, InnoDB can store long variable-length column values (for VARCHAR, VARBINARY, and BLOB and TEXT types) fully off-page, with the clustered index record containing only a 20-byte pointer to the overflow page. Fixed-length fields greater than or equal to 768 bytes are encoded as variable-length fields. For example, a CHAR(255) column can exceed 768 bytes if the maximum byte length of the character set is greater than 3, as it is with utf8mb4.


Whether columns are stored off-page depends on the page size and the total size of the row. When a row is too long, the longest columns are chosen for off-page storage until the clustered index record fits on the B-tree page. TEXT and BLOB columns that are less than or equal to 40 bytes are stored in line.

我们来测试下，一条记录长度到底是多少时，会发生overflow。测试表结构

[root@yejr.me]> CREATE TABLE `t1` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `c1` text NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;



我们先进行反推，计算每条记录最长能存储多少字节：

  • 默认的page size是16KB，也就是16384字节
  • FIL Header消耗38字节
  • Index Header消耗36字节
  • File Segment Header消耗20字节
  • Infimum & Supremum 两条虚拟记录共消耗26字节
  • FIL Trailer消耗8字节
  • 由于此时page中最多只有两条物理记录，所以Page Directory消耗4字节
  • 每条记录还需要额外消耗DB_TRX_ID(6B)、DB_ROLL_PTR(7B)共13字节
  • 上述测试表的record header需要消耗7字节
  • 最后可算得每条记录中，text列最多不可超过(16384-38-36-20-26-8-4)/2-13-7-4=8102字节
  • 经过实测，text列最多可存储8101字节，一旦超过该值，就会发生overflow
  • 如果不预设表中各个列数据类型的话，当一条记录超过8125字节（含可变长度的record header，以及DB_TRX_ID、DB_ROLL_PTR的13字节在内）时，就会发生overflow

插入两条测试数据

[root@yejr.me]> insert into t1 select 1,repeat('a',8102);
[root@yejr.me]> insert into t1 select 2,repeat('a',8101);

用innblock工具解析

[root@yejr.me]# innblock innodb/t1.ibd 3 16
...
-----Total used rows:4 used rows list(phy):
(1) INFIMUM record offset:99 heapno:0 n_owned 1,delflag:N minflag:0 rectype:2
(2) SUPREMUM record offset:112 heapno:1 n_owned 3,delflag:N minflag:0 rectype:3
(3) normal record offset:127 heapno:2 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(4) normal record offset:171 heapno:3 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
...


注意到第一条记录的长度是 171-127=44字节，可见的确是做overflow处理了。再用innodb_ruby工具解析整个page


[root@yejr.me]# innodb_space -s ibdata1 -T innodb/t1 -p 3 page-dump
...
records:
{:format=>:compact,
 :offset=>127,
 :header=>
  {:next=>171,
...
 :key=>[{:name=>"id", :type=>"INT", :value=>1}],
 :row=>
  [{:name=>"c1",
    :type=>"BLOB",
    :value=>"",
    :extern=>{:space_id=>214, :page_number=>4, :offset=>38, :length=>8102}}],
...

{:format=>:compact,
 :offset=>171,
 :header=>
  {:next=>112,
   :type=>:conventional,
...
 :key=>[{:name=>"id", :type=>"INT", :value=>2}],
 :row=>
  [{:name=>"c1",
    :type=>"BLOB",
    :value=>
     "aaaaaaa...a"}],
 :sys=>
  [{:name=>"DB_TRX_ID", :type=>"TRX_ID", :value=>10619},
   {:name=>"DB_ROLL_PTR",
    :type=>"ROLL_PTR",
    :value=>
     {:is_insert=>true, :rseg_id=>36, :undo_log=>{:page=>466, :offset=>272}}}],
 :length=>8118,
 :transaction_id=>10619,
 :roll_pointer=>
  {:is_insert=>true, :rseg_id=>36, :undo_log=>{:page=>466, :offset=>272}}}
...

从page dump的结果能看到，第一条记录溢出存储在另一个page（pageno=4），溢出的字节数是8102，也就是全部放在独立的page里存储了，聚集索引中只保留了20字节的指针。

我们继续测试当表里有两个text列的情况

[root@yejr.me]> CREATE TABLE `t1` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `c1` text NOT NULL,
  `c2` text NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

[root@yejr.me]> insert into t1 select 1,repeat('a',100),repeat('a',8001);
[root@yejr.me]> insert into t1 select 2,repeat('a',100),repeat('a',8000);



用innblock工具解析


[root@yejr.me]# innblock innodb/t1.ibd 3 16
...
-----Total used rows:4 used rows list(phy):
(1) INFIMUM record offset:99 heapno:0 n_owned 1,delflag:N minflag:0 rectype:2
(2) SUPREMUM record offset:112 heapno:1 n_owned 3,delflag:N minflag:0 rectype:3
(3) normal record offset:128 heapno:2 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(4) normal record offset:273 heapno:3 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
...


注意到第一条记录的长度是 273-128=145字节，可见的确是做overflow处理了。再用innodb_ruby工具解析整个page

[root@yejr.me]# innodb_space -s ibdata1 -T innodb/t1 -p 3 page-dump
...
{:format=>:compact,
 :offset=>128,
 :header=>
  {:next=>273,
...
:key=>[{:name=>"id", :type=>"INT", :value=>1}],
 :row=>
  [{:name=>"c1",
    :type=>"BLOB",
    :value=>
     "aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa"},
   {:name=>"c2",
    :type=>"BLOB",
    :value=>"",
    :extern=>{:space_id=>215, :page_number=>4, :offset=>38, :length=>8001}}],
...
{:format=>:compact,
 :offset=>273,
 :header=>
  {:next=>112,
...
 :key=>[{:name=>"id", :type=>"INT", :value=>2}],
 :row=>
  [{:name=>"c1",
    :type=>"BLOB",
    :value=>
     "aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa"},
   {:name=>"c2",
    :type=>"BLOB",
    :value=>
     "a..."}],
 :sys=>
  [{:name=>"DB_TRX_ID", :type=>"TRX_ID", :value=>10686},
   {:name=>"DB_ROLL_PTR",
    :type=>"ROLL_PTR",
    :value=>
     {:is_insert=>true, :rseg_id=>78, :undo_log=>{:page=>478, :offset=>272}}}],
 :length=>8117,
 :transaction_id=>10686,
 :roll_pointer=>
  {:is_insert=>true, :rseg_id=>78, :undo_log=>{:page=>478, :offset=>272}}}


从page dump的结果能看到，第一条记录溢出存储在另一个page（pageno=4），溢出的字节数是8001，也是全部放在独立的page里存储了，聚集索引中只保留了20字节的指针。

好吧，测试案例就介绍到这里，更多的场景请自行测试。

P.S，如果想偷懒不自己测试，也可以看看我的 InnoDB Record Header消耗测试过程实录（文末提供链接）。

P.P.S，我不是源码级MySQL内核开发者，水平有限，文中难免有误之处，还请多指教。

Enjoy MySQL :)

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