概述
本章将从InnoDB存储引擎表的逻辑存储及实现开始进行介绍，然后将重点分析表的物理存储特征，即数据在表中是如何组织和存放的。简单来说，表就是关于特定实体的数据集合，这也是关系型数据库模型的核心。
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（index organized table）。在InnoDB存储引擎表中，每张表都有个主键（Primary Key），如果在创建表时没有显示地定义主键，则InnoDB存储引擎会按如下方式选择或创建主键：
- 首先判断表中是否有非空的唯一索引（Unique NOT NULL），如果有，则该列即为主键。
- 如果不符合上述条件，InnoDB存储引擎会自动创建一个6字节大小的指针。
当表中有多个非空唯一索引时，InnoDB存储引擎将选择建表时第一个定义的非空唯一索引为主键。这里需要非常注意的是，主键的选择根据的是定义索引的顺序，而不是建表时列的顺序。
InnoDB逻辑存储结构
从InnoDB存储引擎的逻辑存储结果看，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。页在一些文档中被称为块（block）。
表空间
表空间可以看做是InnoDB存储引擎逻辑结构的最高层，所有的数据都存放在表空间中。在默认情况下InnoDB存储引擎有一个共享表空间ibdata1，即所有数据都存放在这个表空间内。如果用户启用了参数innodb_file_per_table，则每张表内的数据可以单独放到一个表空间内。
如果启用了innodb_file_per_table的参数，需要注意的是每张表的表空间内存放的只是数据、索引和插入缓冲Bitmap页，其他类的数据、如回滚（undo）信息，插入缓冲索引页、系统事务信息，二次写缓冲（Double write buffer）等还是存放在原来的共享表空间内。
段
表空间是由各个段组成的，段一般分为数据段、索引段和回滚段等。我们知道，InnoDB 默认是基于 B + 树实现的数据存储。
这里的索引段则是指的 B + 树的非叶子节点，而数据段则是 B + 树的叶子节点。而回滚段则指的是回滚数据，之前我们在讲事务隔离的时候就介绍到了 MVCC 利用了回滚段实现了多版本查询数据。
上图显示了表空间是由各个段组成的，常见的段有数据段、索引段、回滚段等。因为前面介绍过InnoDB存储引擎表是索引组织的（index organized）、因此数据即索引，索引即数据。那么数据段即为B+树的叶子节点（Leaf node segement），索引段即为B+树的非索引节点（Non-leaf node segment）。在InnoDB存储引擎中，对段的管理都是由引擎自身所完成。
区
区是由连续的页组成的空间，在任何情况下每个区的大小都为1MB。为了保证区中页的连续性，InnoDB存储引擎一次从磁盘申请4-5个区。在默认的情况下，InnoDB存储引擎的大小为16KB，即一个区中一共有64个连续页。InnoDB1.0.x版本开始引入压缩页，即每个页的大小可以通过参数KEY_BLOCK_SIZE设置为2K、4K、8K，因此每个区对应页的数量就应该为512、256、128。
InnoDB1.2.x版本新增了参数innodb_page_size，通过该参数可以将默认页的大小设置为4K，8K，但是页中数据库不是压缩。这时区中页的数量同样也为256,128。总之，不论页的大小怎么变化，区的大小总是为1M。
但是，这里还有这样一个问题：在用户启用了参数innodb_file_per_table后，创建的表默认大小是96KB。区中是64个连续的页，创建的表的大小至少是1MB才对啊？其实这是因为在每个段开始时，先用32个页大小的碎片页（fragment page）来存放数据，在使用完这些页之后才是64个连续页的申请。这样做的目的是，对于一些小表，或者是undo这类的段，可以在开始时申请较少的空间，节省磁盘容量的开销。
页
同大多数数据库一样，InnoDB有页（page）的概念（也可以称为块）。页是InnoDB磁盘管理的最小单位。在InnoDB存储引擎中，默认每个页的大小为16KB。而从InnoDB1.2.x版本开始，可以通过innodb_page_size将页的大小设置为4K，8K，16K。若设置完成，则所有表中页的大小都为innodb_page_size，不可以对其再次进行修改。除非通过mysqldump导入和导出操作来产生新的库。
在InnoDB存储引擎中，常见的页类型有：
- 数据页（B-tree Node）
- undo页（undo Log Page）
- 系统页（System page）
- 事务数据页（Transaction system Page）
- 插入缓冲位图页（Insert Buffer Bitmap）
- 插入缓冲空闲列表页（Insert Buffer Free List）
- 未压缩的二进制大对象页（Uncompressed BLOB Page）
- 压缩的二进制大对象页（compressed BLOB Page）
行
InnoDB存储引擎是面向列的（row-oriented），也就是说数据是按照行进行存放的。每个页存放的行记录也是有硬性定义的，最多允许存放16KB/2-200行的记录，即7992行记录。
InnoDB行记录格式
InnoDB存储引擎和大多数数据库一样，记录是以行的形式存储的。这意味着页中保存着表中一行行的数据。在InnoDB1.0.x版本之前，InnoDB存储引擎提供了Compact和Redundant两种格式来存放行记录数据，这也是目前使用最多的一种格式。在MySQL5.1版本中，默认设置为Compact行格式。用户可以通过命令SHOW TABLE STATUS LIKE ‘table_name’来查看当前表使用的行格式，其中row_format属性表示当前所使用的行记录结构类型。
Compact行记录格式
Compact行记录是在MySQL5.0中引入的，其设计的目标是高效地存储数据。简单来说，一个页中存放的行数据越多，其性能就越高。
从上图可以观察到，Compact行记录格式的首部是一个非NULL变长度列表，并且其是按照列的顺序逆序设置的，其长度为：
- 若列的长度小于255字节，用1字节表示。
- 若大于255个字节，用2字节表示。
变长字段的长度最大不可以超过2字节，这是因在MySQL数据库中VARCHAR类型的最大长度限制为65535。变长字段之后的第二个部分是NULL标志位，该位指示了该行数据中是否有NULL值，有则用1表示。该部分所占的字节应该为1字节。接下来的部分是记录头信息（record header），固定占用5字节（40位）。
最后的部分就是实际存储的每个列的数据，需要特别注意的是，NULL不占该部分任何空间，即NULL除了占有NULL标志位，实际存储不占有任何空间。另外有一点需要注意的是，每行数据处理用户定义的列外，还有两个隐藏列，事务ID列和回滚指针列，分别为6字节和7字节大小。若InnoDB表没有定义主键，每行还会增加一个6字节的rowid列。
行溢出数据
InnoDB存储引擎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。一般认为BLOB、LOB这类的大对象列类型的存储会把数据存放在数据页之外。但是，这个理解有点偏差，BLOB可以可以不将数据放在溢出页面，而且即便是VARCHAR列数据类型，依然有可能被存放为行溢出数据。
InnoDB数据页结构
页是InnoDB存储引擎管理数据库的最小磁盘单位。页类型为B-tree Node的页存放的即是表中行的实际数据了。
InnoDB数据页由以下7个部分组成。
- File Header（文件头）
- Page Header（页头）
- Infimum和Supremum Records
- User Records（用户记录，即行记录）
- Free Space（空闲空间）
- Page Directory（页目录）
- File Trailer（文件结尾信息）
其中File Header、Page Header、File Trailer的大小是固定的，分别为38,56,8字节，这些空间用来标记该页的一些信息。User Records、Free Space、Page Directory这些部分为实际的行记录存储空间，因此大小是动态的。
File Header
File Header用来记录页的一些头信息。共占用38字节
| 名称 | 大小（字节） | 说明 |
|---|---|---|
| FIl_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM | 4 | 当MySQL为MySQL4.0.14之前的版本时，该值为0.在之后的MySQL版本中，该值代表页的checksum值 |
| FIL_PAGE_OFFSET | 4 | 表空间中页的偏移值。如果独立表空间a.ibd的大小为1GB，如果页的大小为16KB，那么总共有65536个页、FIL_PAGE_OFFSET表示该页所在所有页中的位置。若此表空间的ID为10，那么搜索页（10,1）就表示查找表a中的第二个页 |
| FIL_PAGE_PREV | 4 | 当前页的上一个页，B+Tree特性决定了叶子节点必须是双向链表 |
| FIL_PAGE_NEXT | 4 | 当前页的下一个页，B+Tree特性决定了叶子节点必须是双向链表 |
| FIL_PAGE_LSN | 8 | 该值代表该页最后被修改的日志序列位置LSN（Log Sequence Number） |
| FIL_PAGE_TYPE | 2 | InnoDB存储引擎页的类型。常见下表 |
| FIL_PAGE_FILE_FLUSH_LSN | 8 | 该值仅在系统表空间的一个页中定义，代表文件至少被更新到了该LSN值。对于独立表空间，该值都为0 |
| FIL_PAGE_ARCH_LOG_NO_OR_SPACE_ID | 4 | 从MySQL4.1开始，该值代表页属于哪个表空间 |
| 名称 | 十六进制 | 解释 |
|---|---|---|
| FIL_PAGE_INDEX | 0x45BF | B+树叶节点 |
| FIL_PAGE_UNDO_LOG | 0x0002 | Undo log页 |
| FIL_PAGE_INODE | 0x0003 | 索引节点 |
| FIL_PAGE_IBUF_FREE_LIST | 0x0004 | Insert Buffer空闲列表 |
| FIL_PAGE_TYPE_ALLOCATED | 0x0000 | 该页为最新分配 |
| FIL_PAGE_IBUF_BITMAP | 0x0005 | Insert Buffer位图 |
| FIL_PAGE_TYPE_SYS | 0x0006 | 系统页 |
| FIL_PAGE_TYPE_TRX_SYS | 0x0007 | 事务系统数据 |
| FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR | 0x0008 | File Space Header |
| FIL_PAGE_TYPE_XDES | 0x0009 | 扩展描述页 |
| FIL_PAGE_TYPE_BLOB | 0x000A | BLOB页 |
Page Header
接着File Header部分的是Page Header，该部分用来记录数据页的状态信息，由14个部分组成，共占用56字节。
| 名称 | 大小（字节） | 说明 |
|---|---|---|
| PAGE_N_DIR_SLOTS | 2 | 在Page Directory（页目录）中的Slot槽数 |
| PAGE_HEAP_TOP | 2 | 堆中第一个记录的指针，记录在页中是根据堆的形式存放的 |
| PAGE_N_HEAP | 2 | 堆中的记录数，一共占用2字节 |
| PAGE_FREE | 2 | 指向可重用空间的首指针 |
| PAGE_GARBAGE | 2 | 已删除记录的字节数，即行记录结构中delete_flag为1的记录大小的总数 |
| PAGE_LAST_INSERT | 2 | 最后插入记录的位置 |
| PAGE_DIRECTION | 2 | 最后插入的方向 |
| PAGE_N_DIRECTION | 2 | 一个方向连续插入记录的数量 |
| PAGE_N_RECS | 2 | 该页中记录的数量 |
| PAGE_MAX_TRX_ID | 8 | 修改当前页的最大事务ID，注意该值仅在Secondary Index中定义 |
| PAGE_LEVEL | 2 | 当前页在索引树中的位置，0x00代表叶节点，即叶节点总是在第0层 |
| PAGE_INDEX_ID | 8 | 索引ID，表示当前页属于哪个索引 |
| PAGE_BTR_SEG_LEAF | 10 | B+树数据页非叶节点所在段的segment header，注意该值仅在B+树的Root页中定义 |
| PAGE_BTR_SEG_TOP | 10 | B+树数据页所在段的segment header，注意该值仅在B+树中的Root页中定义 |
Infimum和Supremum Record
在InnoDB存储引擎中，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指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，并且在任何情况下不会被删除。在Compact行格式和Redunant行格式下，两者占用的字节数各不相同。
User Record和Free Space
User Record就是之前讨论过的部分，即实际存储行记录的内容。再次强调，InnoDB存储引擎表总是B+树索引组织的。
Free Space很明显指的就是空闲空间，同样也是个链表数据结构。在一条记录被删除后，该空间会被加入到空间链表中。
Page Directory
Page Directory（页目录）中存放了记录的相对位置（注意，这里存放的是页相对位置，而不是偏移量），有些时候这些记录指针称为Slots（槽）或目录槽（Directory Slots）。与其他数据库系统不同的是，在InnoDB中并不是每个记录拥有一个槽，InnoDB存储引擎的槽是一个稀疏目录（sparse directory），即在一个槽中可能包含多个记录。伪记录Infimum的n_owned值总是1，记录Supremum的n_owned的取值范围为[1,8]，其他用户记录n_owned的取值范围为[4,8]。当记录被插入或删除时需要对槽进行分裂和平衡的维护操作。
在Slots中记录按照索引键值顺序存放，这样可以利用二叉树查找迅速找到记录的指针。由于在InnoDB存储引擎中Page Directory是稀疏目录，二叉查找的结果只是一个粗略的结果，因此InnoDB存储引擎必须通过recorder header中的next_record来继续查找相关记录。同时，Page DIrectory很好地解释了recorder header中的n_owned值的含义，因为这些记录并不包含在Page Directory中。
需要牢记的是，B+树索引本身并不能查找到具体的一条记录，能找到只是该记录所在的页。数据库把页载入到内存中，然后通过Page Directory再进行二叉查找。只不过二叉查找的时间复杂度很低，同时在内存中的查找很快，因此通常忽略这部分查找所用的时间。
File Trailer
为了检测页是否已经完整地写入磁盘（如可能发生的写入过程中磁盘损坏、机器关机等）。InnoDB存储引擎的页中设置了File Trailer部分。
File Trailer只有一个FIL_PAGE_END_LSN部分，占用8字节。前4字节代表该页的checksum值，最后4字节的File Header中的FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM和FIL_PAGE_LSN值进行比较，看是否一直（checksum的比较需要通过InnoDB的checksum函数来进行比较，不是简单的等值比较），以此来保证页的完整性。
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，即页是否发生Corrupt，这就是通过File Trailer部分进行检测，而该部分的检测会有一定的开销。用户可以通过参数innodb_checksums来开启或关闭对这个页完整性的检查。
MySQL5.6.6版本开始新增了参数innodb_checksum_algorithm，该参数用来控制检测checksum函数的算法，默认的值有：innodb、crc32、none、strict_innodb、strict_crc32、strict_none。
约束
约束和索引的区别
Primary key和Unique Key约束。约束和索引的区别，当用户创建了一个唯一索引就创建了一个唯一的约束。但是约束和索引的概念还是有所不同的，约束更是一个逻辑概念，用来保证数据的完整性，而索引是一个数据结构，既有逻辑上的概念，在数据库中还代表着物理存储的方式。