引言

故事從好多年前說起。

想必大家也聽說過數(shù)據(jù)庫單表建議最大2kw條數(shù)據(jù)這個(gè)說法。如果超過了，性能就會(huì)下降得比較厲害。

巧了。

我也聽說過。

但我不接受它的建議，硬是單表裝了1億條數(shù)據(jù)。

這時(shí)候，我們組里新來的實(shí)習(xí)生看到了之后，天真無邪的問我："單表不是建議最大兩千萬嗎？為什么這個(gè)表都放了1個(gè)億還不分庫分表"？

我能說我是因?yàn)閼袉?？我?dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)哪里想到這表竟然能漲這么快。。。

我不能。

說了等于承認(rèn)自己是開發(fā)組里的毒瘤，雖然我確實(shí)是，但我不能承認(rèn)。

我如坐針氈，如芒刺背，如鯁在喉。

開始了一波騷操作。

"我這么做是有道理的"

"雖然這個(gè)表很大，但你有沒有發(fā)現(xiàn)它查詢其實(shí)還是很快"

"這個(gè)2kw是個(gè)建議值，我們要來看下這個(gè)2kw是怎么來的"

數(shù)據(jù)庫單表行數(shù)最大多大？

我們先看下單表行數(shù)理論最大值是多少。

建表的SQL是這么寫的，

CREATE TABLE `user` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主鍵',
  `name` varchar(100) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '名字',
  `age` int(11) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '年齡',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_age` (`age`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=100037 DEFAULT CHARSET=utf8;

其中id就是主鍵。主鍵本身唯一，也就是說主鍵的大小可以限制表的上限。

如果主鍵聲明為int大小，也就是32位，那么能支持2^32-1，也就是21個(gè)億左右。

如果是bigint，那就是2^64-1，但這個(gè)數(shù)字太大，一般還沒到這個(gè)限制之前，磁盤先受不了。

搞離譜點(diǎn)。

如果我把主鍵聲明為 tinyint，一個(gè)字節(jié)，8位，最大2^8-1，也就是255。

CREATE TABLE `user` (
  `id` tinyint(2) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主鍵',
  `name` varchar(100) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '名字',
  `age` int(11) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '年齡',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_age` (`age`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=0 DEFAULT CHARSET=utf8;

如果我想插入一個(gè)id=256的數(shù)據(jù)，那就會(huì)報(bào)錯(cuò)。

mysql> INSERT INTO `tmp` (`id`, `name`, `age`) VALUES (256, '', 60);
ERROR 1264 (22003): Out of range value for column 'id' at row 1

也就是說，tinyint主鍵限制表內(nèi)最多255條數(shù)據(jù)。

那除了主鍵，還有哪些因素會(huì)影響行數(shù)？

索引的結(jié)構(gòu)

索引內(nèi)部是用的B+樹，這個(gè)也是八股文老股了，大家估計(jì)也背得很熟了。

為了不讓大家有過于強(qiáng)烈的審丑疲勞，今天我嘗試從另外一個(gè)角度給大家講講這玩意。

頁的結(jié)構(gòu)

假設(shè)我們有這么一張user數(shù)據(jù)表。

其中id是唯一主鍵。

這看起來的一行行數(shù)據(jù)，為了方便，我們后面就叫它們r(jià)ecord吧。

這張表看起來就跟個(gè)excel表格一樣。excel的數(shù)據(jù)在硬盤上是一個(gè)xx.excel的文件。

而上面user表數(shù)據(jù)，在硬盤上其實(shí)也是類似，放在了user.ibd文件下。含義是user表的innodb data文件，專業(yè)點(diǎn)，又叫表空間。

雖然在數(shù)據(jù)表里，它們看起來是挨在一起的。但實(shí)際上在user.ibd里他們被分成很多小份的數(shù)據(jù)頁，每份大小16k。

類似于下面這樣。

我們把視角聚焦一下，放到頁上面。

整個(gè)頁16k，不大，但record這么多，一頁肯定放不下，所以會(huì)分開放到很多頁里。并且這16k，也不可能全用來放record對(duì)吧。

因?yàn)閞ecord們被分成好多份，放到好多頁里了，為了唯一標(biāo)識(shí)具體是哪一頁，那就需要引入頁號(hào)（其實(shí)是一個(gè)表空間的地址偏移量）。同時(shí)為了把這些數(shù)據(jù)頁給關(guān)聯(lián)起來，于是引入了前后指針，用于指向前后的頁。這些都被加到了頁頭里。

頁是需要讀寫的，16k說小也不小，寫一半電源線被拔了也是有可能發(fā)生的，所以為了保證數(shù)據(jù)頁的正確性，還引入了校驗(yàn)碼。這個(gè)被加到了頁尾。

那剩下的空間，才是用來放我們的record的。而record如果行數(shù)特別多的話，進(jìn)入到頁內(nèi)時(shí)挨個(gè)遍歷，效率也不太行，所以為這些數(shù)據(jù)生成了一個(gè)頁目錄，具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)不重要。只需要知道，它可以通過二分查找的方式將查找效率從O(n) 變成O(lgn) 。

從頁到索引

如果想查一條record，我們可以把表空間里每一頁都撈出來，再把里面的record撈出來挨個(gè)判斷是不是我們要找的。

行數(shù)量小的時(shí)候，這么操作也沒啥問題。

行數(shù)量大了，性能就慢了，于是為了加速搜索，我們可以在每個(gè)數(shù)據(jù)頁里選出主鍵id最小的record，而且只需要它們的主鍵id和所在頁的頁號(hào)。組成新的record，放入到一個(gè)新生成的一個(gè)數(shù)據(jù)頁中，這個(gè)新數(shù)據(jù)頁跟之前的頁結(jié)構(gòu)沒啥區(qū)別，而且大小還是16k。

但為了跟之前的數(shù)據(jù)頁進(jìn)行區(qū)分。數(shù)據(jù)頁里加入了頁層級(jí)（page level） 的信息，從0開始往上算。于是頁與頁之間就有了上下層級(jí)的概念，就像下面這樣。

突然頁跟頁之間看起來就像是一棵倒過來的樹了。也就是我們常說的B+樹索引。

最下面那一層，page level 為0，也就是所謂的葉子結(jié)點(diǎn)，其余都叫非葉子結(jié)點(diǎn)。

上面展示的是兩層的樹，如果數(shù)據(jù)變多了，我們還可以再通過類似的方法，再往上構(gòu)建一層。就成了三層的樹。

那現(xiàn)在我們就可以通過這樣一棵B+樹加速查詢。舉個(gè)例子。

比方說我們想要查找行數(shù)據(jù)5。會(huì)先從頂層頁的record們?nèi)胧?。record里包含了主鍵id和頁號(hào)（頁地址） ?？聪聢D黃色的箭頭，向左最小id是1，向右最小id是7。那id=5的數(shù)據(jù)如果存在，那必定在左邊箭頭。于是順著的record的頁地址就到了6號(hào)數(shù)據(jù)頁里，再判斷id=5>4，所以肯定在右邊的數(shù)據(jù)頁里，于是加載105號(hào)數(shù)據(jù)頁。在數(shù)據(jù)頁里找到id=5的數(shù)據(jù)行，完成查詢。

另外需要注意的是，上面的頁的頁號(hào)并不是連續(xù)的，它們?cè)诖疟P里也不一定是挨在一起的。

這個(gè)過程中查詢了三個(gè)頁，如果這三個(gè)頁都在磁盤中（沒有被提前加載到內(nèi)存中），那么最多需要經(jīng)歷三次磁盤IO查詢，它們才能被加載到內(nèi)存中。

B+樹承載的記錄數(shù)量

從上面的結(jié)構(gòu)里可以看出B+樹的最末級(jí)葉子結(jié)點(diǎn)里放了record數(shù)據(jù)。而非葉子結(jié)點(diǎn)里則放了用來加速查詢的索引數(shù)據(jù)。

也就是說

同樣一個(gè)16k的頁，非葉子節(jié)點(diǎn)里每一條數(shù)據(jù)都指向一個(gè)新的頁，而新的頁有兩種可能。

• 如果是末級(jí)葉子節(jié)點(diǎn)的話，那么里面放的就是一行行record數(shù)據(jù)。
• 如果是非葉子節(jié)點(diǎn)，那么就會(huì)循環(huán)繼續(xù)指向新的數(shù)據(jù)頁。

假設(shè)

• 非葉子結(jié)點(diǎn)內(nèi)指向其他內(nèi)存頁的指針數(shù)量為x
• 葉子節(jié)點(diǎn)內(nèi)能容納的record數(shù)量為y
• B+樹的層數(shù)為z

那這棵B+樹放的行數(shù)據(jù)總量等于 (x ^ (z-1)) * y。

x怎么算

我們回去看數(shù)據(jù)頁的結(jié)構(gòu)。

非葉子節(jié)點(diǎn)里主要放索引查詢相關(guān)的數(shù)據(jù)，放的是主鍵和指向頁號(hào)。

主鍵假設(shè)是bigint（8Byte），而頁號(hào)在源碼里叫FIL_PAGE_OFFSET（4Byte），那么非葉子節(jié)點(diǎn)里的一條數(shù)據(jù)是12Byte左右。

整個(gè)數(shù)據(jù)頁16k， 頁頭頁尾那部分?jǐn)?shù)據(jù)全加起來大概128Byte，加上頁目錄毛估占1k吧。那剩下的15k除以12Byte，等于1280，也就是可以指向x=1280頁。

我們常說的二叉樹指的是一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以發(fā)散出兩個(gè)新的結(jié)點(diǎn)。m叉樹一個(gè)節(jié)點(diǎn)能指向m個(gè)新的結(jié)點(diǎn)。這個(gè)指向新節(jié)點(diǎn)的操作就叫扇出（fanout） 。

而上面的B+樹，它能指向1280個(gè)新的節(jié)點(diǎn)，恐怖如斯，可以說扇出非常高了。

y的計(jì)算

葉子節(jié)點(diǎn)和非葉子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一樣的，所以也假設(shè)剩下15kb可以發(fā)揮。

葉子節(jié)點(diǎn)里放的是真正的行數(shù)據(jù)。假設(shè)一條行數(shù)據(jù)1kb，所以一頁里能放y=15行。

行總數(shù)計(jì)算

回到 (x ^ (z-1)) * y 這個(gè)公式。

已知x=1280，y=15。

假設(shè)B+樹是兩層，那z=2。則是(1280 ^ (2-1)) * 15 ≈ 2w

假設(shè)B+樹是三層，那z=3。則是(1280 ^ (3-1)) * 15 ≈ 2.5kw

這個(gè)2.5kw，就是我們常說的單表建議最大行數(shù)2kw的由來。 畢竟再加一層，數(shù)據(jù)就大得有點(diǎn)離譜了。三層數(shù)據(jù)頁對(duì)應(yīng)最多三次磁盤IO，也比較合理。

行數(shù)超一億就慢了嗎？

上面假設(shè)單行數(shù)據(jù)用了1kb，所以一個(gè)數(shù)據(jù)頁能放個(gè)15行數(shù)據(jù)。

如果我單行數(shù)據(jù)用不了這么多，比如只用了250byte。那么單個(gè)數(shù)據(jù)頁能放60行數(shù)據(jù)。

那同樣是三層B+樹，單表支持的行數(shù)就是 (1280 ^ (3-1)) * 60 ≈ 1個(gè)億。

你看我一個(gè)億的數(shù)據(jù)，其實(shí)也就三層B+樹，在這個(gè)B+樹里要查到某行數(shù)據(jù)，最多也是三次磁盤IO。所以并不慢。

這就很好的解釋了文章開頭，為什么我單表1個(gè)億，但查詢性能沒啥大毛病。

B樹承載的記錄數(shù)量

既然都聊到這里了，我們就順著這個(gè)話題多聊一些吧。

我們都知道，現(xiàn)在mysql的索引都是B+樹，而有一種樹，跟B+樹很像，叫B樹，也叫B-樹。

它跟B+樹最大的區(qū)別在于，B+樹只在末級(jí)葉子結(jié)點(diǎn)處放數(shù)據(jù)表行數(shù)據(jù)，而B樹則會(huì)在葉子和非葉子結(jié)點(diǎn)上都放。

于是，B樹的結(jié)構(gòu)就類似這樣

B樹將行數(shù)據(jù)都存在非葉子節(jié)點(diǎn)上，假設(shè)每個(gè)數(shù)據(jù)頁還是16kb，掐頭去尾每頁剩15kb，并且一條數(shù)據(jù)表行數(shù)據(jù)還是占1kb，就算不考慮各種頁指針的情況下，也只能放個(gè)15條數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)頁扇出明顯變少了。

計(jì)算可承載的總行數(shù)的公式也變成了一個(gè)等比數(shù)列。

15 + 15^2 +15^3 + ... + 15^z

其中z還是層數(shù)的意思。

為了能放2kw左右的數(shù)據(jù)，需要z>=6。也就是樹需要有6層，查一次要訪問6個(gè)頁。假設(shè)這6個(gè)頁并不連續(xù)，為了查詢其中一條數(shù)據(jù)，最壞情況需要進(jìn)行6次磁盤IO。

而B+樹同樣情況下放2kw數(shù)據(jù)左右，查一次最多是3次磁盤IO。

磁盤IO越多則越慢，這兩者在性能上差距略大。

為此，B+樹比B樹更適合成為mysql的索引。

總結(jié)

• B+樹葉子和非葉子結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)頁都是16k，且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一致，區(qū)別在于葉子節(jié)點(diǎn)放的是真實(shí)的行數(shù)據(jù)，而非葉子結(jié)點(diǎn)放的是主鍵和下一個(gè)頁的地址。
• B+樹一般有兩到三層，由于其高扇出，三層就能支持2kw以上的數(shù)據(jù)，且一次查詢最多1~3次磁盤IO，性能也還行。
• 存儲(chǔ)同樣量級(jí)的數(shù)據(jù)，B樹比B+樹層級(jí)更高，因此磁盤IO也更多，所以B+樹更適合成為mysql索引。
• 索引結(jié)構(gòu)不會(huì)影響單表最大行數(shù)，2kw也只是推薦值，超過了這個(gè)值可能會(huì)導(dǎo)致B+樹層級(jí)更高，影響查詢性能。
• 單表最大值還受主鍵大小和磁盤大小限制。

參考資料

《MYSQL內(nèi)核：INNODB存儲(chǔ)引擎 卷1》

雖然我在單表里塞了1億條數(shù)據(jù)，但這個(gè)操作的前提是，我很清楚這不會(huì)太影響性能。

這波解釋，毫無破綻，無懈可擊。

到這里，連我自己都被自己說服了。想必實(shí)習(xí)生也是。

可惡，這該死的毒瘤竟然有些"知識(shí)淵博"。

更多關(guān)于mysql單表最大存儲(chǔ)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

最新評(píng)論