页结构与行格式

InnoDB 把数据和索引都组织在固定大小（默认 16KB）的页面里。理解页内布局——FIL 头、记录目录、Infimum/Supremum 哨兵、聚簇索引即数据——是读 EXPLAIN、分析页分裂、理解 VARCHAR 溢出存储的前提。本文对照 PostgreSQL 页面布局 的 8KB Page + HeapTupleHeaderData，说明 InnoDB 的设计分叉。

源码：MySQL 8.0.36，storage/innobase/include/fil0fil.h、rem0rec.h、page0page.cc。

一、InnoDB 页的逻辑结构

1.1 一页里有什么

flowchart TB
  subgraph page [16KB InnoDB Index Page]
    FIL[FIL Header 38B]
    IDX[Index Header]
    INF[Infimum Record]
    REC[User Records 链表]
    SUP[Supremum Record]
    FREE[Free Space]
    DIR[Page Directory Slots]
    TRA[FIL Trailer 8B]
  end
  FIL --> IDX --> INF --> REC --> SUP --> FREE --> DIR --> TRA

PG 用 linp 行指针数组 + ItemId 管理变长 tuple；InnoDB 用 单向链表 + Page Directory——插入时可能重排 slot，但链表顺序保持键序。

1.2 页类型

表空间文件（.ibd）由大量 FIL_PAGE_INDEX 组成 B+Tree。

二、FIL Header 关键字段

fil0fil.h 定义页头（38 字节，简化）：

FIL_PAGE_LSN 与 redo log 对应——崩溃恢复时判断页是否需要 redo apply。PG 页头有 pd_lsn（PageHeaderData），语义类似。

三、行记录格式（ROW_FORMAT）

3.1 隐藏列

每行用户数据外，InnoDB 自动附加：

PG 用 xmin/xmax/ctid 存在 HeapTupleHeaderData；InnoDB 用 undo 链 + trx id——这是 MVCC 方案的根本分叉（第 7 章）。

3.2 COMPACT / DYNAMIC（8.0 默认 DYNAMIC）

8.0 默认 ROW_FORMAT=DYNAMIC（与 COMPACT 记录头相同，溢出策略不同）：

记录头（5 字节变长） 包含：

• deleted_flag：删除标记（purge 前）
• min_rec_flag：B+Tree 最小记录
• n_owned：Page Directory 拥有记录数
• heap_no：页内序号
• record_type：普通 / Infimum / Supremum
• next_record：链表下一记录相对偏移

变长列长度列表 + NULL 位图 + 列数据 紧随其后。

[变长长度列表][NULL 位图][记录头 5B][trx_id][roll_ptr][列1][列2]...

源码：rem0rec.h 中 rec_get_offsets() 解析记录。

3.3 溢出列（OFF-page）

当变长列超过页内阈值（约 768 字节 半页规则，视行大小与格式而定），DYNAMIC/COMPACT 将大列存到 溢出页（linked list of pages），聚簇索引叶只留 20 字节前缀。

PG 用 TOAST 外存（第 02 章 PG）；InnoDB 用 overflow page 链——SELECT 大字段可能触发随机 IO。

四、聚簇索引与二级索引

4.1 聚簇索引 = 表数据

InnoDB 必须有聚簇索引：

• 若定义 PRIMARY KEY，用它聚簇
• 否则选第一个 NOT NULL UNIQUE
• 都没有则隐式 DB_ROW_ID 聚簇

叶节点页存完整行（除溢出部分）；非叶节点存 主键 + 子页指针。

4.2 二级索引

二级索引叶节点存：

(二级索引键列..., 主键列...)

回表（lookup clustered index）= 用主键再查聚簇索引。覆盖索引（Using index）= 所需列全在二级索引中，无需回表。

flowchart LR
  SEC[Secondary Index Leaf] -->|主键| CLU[Clustered Index Leaf]
  CLU --> ROW[完整行]

PG 的 Index-Only Scan 需要 visibility map；InnoDB 二级索引叶 不含 trx id 可见性信息——可能需要回表判断可见性（第 7 章）。

4.3 页分裂

插入导致叶页满 → 分裂为两页，父节点可能级联分裂。分裂时 LSN 更新、redo 记录结构变更——高并发插入顺序主键（自增） vs 随机主键（UUID）的页分裂模式是生产调优经典话题（第 11 章）。

五、Page Directory 与查找

页内记录 单向链表 按键序排列，但链表扫描慢。Page Directory 在页尾存 稀疏 slot（通常每 4–8 条记录一个 slot），查找时：

1. 二分 directory slot 定位区间
2. 在区间内沿链表扫描

B+Tree 层：从根节点向下，每层一次二分 + 页内查找。与 PG B-Tree 的 /_bt_search 类似，但页内布局不同（PG B-Tree 第 14 章）。

六、实验：查看表空间与页大小

需 MySQL 8.0 实例（本环境未安装——请本地验证）。

6.1 表空间元数据

SELECT space, name, space_type, file_size, fs_block_size
FROM information_schema.INNODB_TABLESPACES
WHERE name LIKE '%your_table%';

file_size 以页为单位增长；默认页大小 innodb_page_size=16384。

6.2 行格式

SHOW TABLE STATUS LIKE 'your_table'\G
-- Row_format: Dynamic
SELECT * FROM information_schema.INNODB_TABLES
WHERE name = 'your_db/your_table';

6.3 十六进制页 dump（高级）

社区工具 innodb_ruby 或 debug 编译 MySQL 可 dump 单页。生产环境只读副本上操作：

# 示意：从 .ibd 提取 page 0（需确认 offset 与页号）
xxd -s $((page_no * 16384)) -l 16384 table.ibd | head -20

页头前 4 字节常为 checksum；偏移 24 附近可见 LSN 片段。勿在生产可写实例上随意 dd 正在写入的文件——应用快照或 offline copy。

七、PG 对照小结

八、工程坑点

无显式主键。隐式 DB_ROW_ID 聚簇 + 二级索引都变大——所有二级索引叶多 6 字节 row id，且插入分布可能更随机。

UUID 主键。随机插入导致页分裂频繁、Buffer Pool 污染——顺序 ID 或 UUID_TO_BIN 有序化是常见方案。

ROW_FORMAT=REDUNDANT。老格式仍占用更多空间——8.0 应使用 DYNAMIC。

忽略溢出列 IO。SELECT * 大 TEXT 列可能每行多几次随机读——应用层只选需要的列。

九、边界

• 不展开 COMPRESSED 页格式位图压缩细节
• 不覆盖 MyISAM 静态/动态行格式
• MariaDB 部分页结构扩展（如 instant ADD COLUMN）以各自版本文档为准

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参考资料

1. MySQL 8.0 Reference Manual, InnoDB Row Formats
2. MySQL 8.0 Source, storage/innobase/include/rem0rec.h, fil0fil.h
3. MySQL 8.0 Source, storage/innobase/page/page0page.cc
4. 《MySQL 技术内幕：InnoDB 存储引擎》第 4–5 章（对照 8.0 标注过时处）