迪B课堂 | 深入浅出解读MySQL数据行溢出

 

本期为迪B课堂特刊【MySQL经典案例解析系列】第二期。

 

一、从常见的报错说起

 

故事的开头我们先来看一个常见的sql报错信息： 

相信对于这类报错大家一定遇到过很多次，“数据大”也是生产过程中绕不开的一个话题。这里的数据“大”，远不止存储空间占用多，其中也包括了单个（表）字段存储多、大，数据留存时间长，数据冗余多，冷热数据不明显导致的体量大，访问峰值随着热点变化明显，逻辑处理复杂导致数据存储压力放大等等。回到这个报错的问题上来，我们先来看一下这个表的结构：

看到这里，我相信大家会有不同的处理方式了，这里就不对各种处理方式的优劣做比较了，仅仅叙述使用频率较高的两种处理方式。

• 根据报错的指引，把两个大的varchar（22288）改成text、blob

• 根据业务特点，缩小varchar的存储长度,或者按照规则拆分成多个小的vachar和char

 

这两种的处理方式也各有优缺点，把字段改成text或者blob，不仅增大了数据存储的容量，对这个字段的索引页只能采用前缀或者全文索引了，如果业务侧存储的是json格式的数据，5.7支持json数据类型是个不错的选择，可以针对单个子类进行查询和输出。同样如果缩小和拆分的话就比较依赖业务的场景和逻辑需求了，业务使用的逻辑上需要修改，工程量也需要评估。

 

二、深入探索

 

接着我们再来深入分析下关于限制大小“65535”的一些容易混淆的概念。

1. “65535”不是单个varchar(N)中N的最大限制，而是整个表非大字段类型的字段的bytes总合。

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Every table (regardless of storage engine) has a maximum row size of 65,535 bytes. Storage engines may place additional constraints on this limit, reducing the effective maximum row size.

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2. 不同的字符集对字段可存储的max会有影响，例如，UTF8字符需要3个字节存储，对于VARCHAR（255）CHARACTER SET UTF8列，会占用255×3 =765的字节。故该表不能包含超过65,535/765=85这样的列。GBK是双字节的以此类推。

 

3. 可变长度列在评估字段大小时还要考虑存储列实际长度的字节数。例如，VARCHAR（255）CHARACTER SET UTF8列需要额外的两个字节来存储值长度信息，所以该列需要多达767个字节存储，其实最大可以存储65533字节，剩余两个字节存储长度信息。

 

4. BLOB、TEXT、JSON列不同于varchar、char等字段，列长度信息独立于行长存储，可以达到65535字节真实存储。

 

5. 定义NULL列会降低允许的最大列数。

• InnoDB表，NULL和NOT NULL列存储大小是一样

• MyISAM表，NULL列需要额外的空间记录其值是否为NULL。每个NULL需要一个额外的位（四舍五入到最接近的字节）。最大行长度计算如下：

row length = 1  + (sum of column lengths)   + (number of NULL columns + delete_flag + 7)/8 + (number of variable-length columns)

• 静态表，delete_flag = 1，静态表通过在该行记录一个位来标识该行是否已被删除。

• 动态表，delete_flag = 0，该标记存储在动态行首

 

6. 对于InnoDB表，NULL和NOT NULL列存储大小是一样

7. InnoDB允许单表最多1000个列

8. varchar主键只支持不超过767个字节或者768/2=384个双字节 或者767/3=255个三字节的字段 而GBK是双字节的，UTF8是三字节的

9. 不用的引擎对索引的限制有区别

• innodb每个列的长度不能大于767 bytes；所有组成索引列的长度和不能大于3072 bytes

• myisam 每个列的长度不能大于1000 bytes，所有组成索引列的长度和不能大于1000 bytes

 

三、真正的故障

 

下面来说下今天遇到的业务故障，线上业务出现了大量的如下报错，导致程序无法写入数据：

按照提示和正常的思路，我们先第一反应认为业务存在如下的问题：

1. 设置的表结构中字段超过了限制

2. 某个字段插入的数据长度超过了改字段设置的max值

 

接着查看了业务的库表结构，如下：

很快排除了第一个原因，因为首先业务的报错不是在建立表的时候出现的，如果是表中非大字段之和65535，在建表的时候就会出错，而业务是在写入的时候才报错的，而且通过库表结构也能发现大量的都是mediumblob类型字段，非大字段加起来远小于65535。

 

接着根据业务提供的具体SQL，appversion、datadata、elt_stamp、id这几个非大字段，也并没有超过限制，mediumblob类型字段最大可存储16M，业务的数据远远没有达到这个量级。按照报错的提示把 appversion、datadata、elt_stamp、id这几个非大字段均改成blob类型，还是无法解决（根据之前的分析，必然不是问题的根源）。

 

冷静下来后，发现其实还有个细节被忽略掉了，业务的失败率不是100%，说明还是有成功的请求，通过对比成功和失败的sql，发现果然数据量差异的还是mediumblob类型字段。那么现在第一个想到的就是，max_allowed_packet这个参数，是不是调小了，是的单个请求超过大小被拒绝了，查了下配置的值（如下图），配置的大小1G，sql的数据长度远没有这么大，这个原因也排除了。

查到这里基本上排除了常见几个问题，接着再看一下另一个参数的限制：innodb_page_size，这个的默认值是16K，每个page两行数据，所以每行最大8k数据。

 

查看了下数据表Row_format是Compact，那么我们可以推断问题的原因应该就是innodb默认的approach存储格式会把每个blob字段的前864个字节存储在page里，所以blob超过一定数量的话，单行大小就会超过8k，所以就报错了。通过对比业务写成功和失败的SQL也应征了这个推论，那么现在要怎么解决这个问题？

 

1. 业务拆分表，大字段进行分表存储

2. 通过解决Row_format的存储方式解决问题

 

由于业务单表的存储条数并不大，而且业务逻辑不适合拆分，所以我们要在Row_format上来解决这个问题。

 

Barracuda文件格式下拥有两种新的行记录格式Compressed和Dynamic两种，新的两种格式对于存放BLOB的数据采用了完全的行溢出的方式，在数据页中只存放20个字节的指针，实际的数据都存放在BLOB Page中。Compressed行记录格式的另一个功能就是存储在其中的数据会以zlib的算法进行压缩。

 

相关的变更操作就相对简单了：

• 修改MySQL全局变量：

SET GLOBAL innodb_file_format='Barracuda';

• 平滑变更原表的属性：

ROW_FORMAT=COMPRESSED

 

四、继续学习

 

通过这个案例我们可以从中提炼出两个值得深入研究一下的点：

 

 1. 关于innodb_page_size

 

从MySQL5.6开始，innodb_page_size可以设置Innodb数据页为8K,4K，默认为16K。这个参数在一开始初始化时就要加入my.cnf里，如果已经创建了表，再修改，启动MySQL会报错。

 

那么在5.6的版本之前要修改这个值，怎么办？那只能是在源码上做点文章了，然后重新rebuild一下MySQL。

UNIV_PAGE_SIZE是数据页大小，默认的是16K，该值是可以设置必须为2的次方。对于该值可以设置成4k、8k、16k、32K、64K。同时更改了UNIV_PAGE_SIZE后需要更改UNIV_PAGE_SIZE_SHIFT 该值是2的多少次方为UNIV_PAGE_SIZE，所以设置数据页分别情况如下：

接着再来说一下innodb_page_size设置成不同值的对于mysql性能上的影响，测试的表含有1亿条记录，文件大小30G。

 

①读写场景（50%读50%写）

16K，对CPU压力较小，平均在20%
8K，CPU压力为30%~40%，但select吞吐量要高于16K
②读场景（100%读）

16K和8K差别不明显

 

InnoDB Buffer Pool管理页面本身也有代价，Page数越多，那么相同大小下，管理链表就越长。因此当我们的数据行本身就比较长（大块插入），更大的页面更有利于提升速度，因为一个页面可以放入更多的行，每个IO写的大小更大，可以更少的IOPS写更多的数据。当行长超过8K的时候，如果是16K的页面，就会强制转换一些字符串类型为TEXT，把字符串主体转移到扩展页中，会导致读取列需要多一个IO，更大的页面也就支持了更大的行长，64K页面可以支持近似32K的行长而不用使用扩展页。但是如果是短小行长的随机读取和写入，则不适合使用这么大的页面，这会导致IO效率下降，大IO只能读取到小部分。

 

2. 关于Row_format

 

Innodb存储引擎保存记录，是以行的形式存放的。在InnoDB 1.0.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。MySQL 5.1 中的innodb_plugin 引入了新的文件格式：Barracuda，该文件格式拥有新的两种行格式：compressed和dynamic。并且把 compact 和 redundant 合称为Antelope。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 列表示当前所使用的行记录结构类型。

 

MySQL 5.6 版本中，默认 Compact ，msyql 5.7.9 及以后版本，默认行格式由innodb_default_row_format变量决定，默认值是DYNAMIC，也可以在 create table 的时候指定ROW_FORMAT=DYNAMIC（通过这个可动态调整表的存储格式）。如果要修改现有表的行模式为compressed或dynamic，必须先将文件格式设置成Barracuda（set global innodb_file_format=Barracuda;）。再用ALTER TABLE tablename ROW_FORMAT=COMPRESSED;去修改才能生效，否则修改无效却无提示。

 

①compact

 

如果blob列值长度 <= 768 bytes，不会发生行溢出(page overflow)，内容都在数据页(B-tree Node)；如果列值长度 > 768字节，那么前768字节依然在数据页，而剩余的则放在溢出页(off-page)，如下图：

上面讲的blob或变长大字段类型包括blob、text、varchar，其中varchar列值长度大于某数N时也会存在溢出页，在latin1字符集下N值可以这样计算：innodb的块大小默认为16kb，由于innodb存储引擎表为索引组织表，树底层的叶子节点为一双向链表，因此每个页中至少应该有两行记录，这就决定了innodb在存储一行数据的时候不能够超过8k，减去其它列值所占字节数，约等于N。

 

②compressed或dynamic

 

对blob采用完全行溢出，即聚集索引记录（数据页）只保留20字节的指针，指向真实存放它的溢出段地址：

dynamic行格式，列存储是否放到off-page页，主要取决于行大小，它会把行中最长的那一列放到off-page，直到数据页能存放下两行。TEXT/BLOB列 <=40 bytes 时总是存放于数据页。可以避免compact那样把太多的大列值放到 B-tree Node，因为dynamic格式认为，只要大列值有部分数据放在off-page，那把整个值放入都放入off-page更有效。

 

compressed 物理结构上与dynamic类似，但是对表的数据行使用zlib算法进行了压缩存储。在long blob列类型比较多的情况下用，可以降低off-page的使用，减少存储空间50%左右，但要求更高的CPU，buffer pool里面可能会同时存储数据的压缩版和非压缩版，所以也多占用部分内存。

         

五、DBbrain如何轻松处理

 

数据库智能管家DBbrain对于用户在数据库中使用BLOB这类变长大字段类型也会根据具体场景给出如下优先建议，帮助用户更好的规避一些由于变长大字段带来的业务问题。

 

1. 大字段在InnoDB里可能浪费大量空间。例如，若存储字段值只是比行的要求多了一个字节，也会使用整个页面来存储剩下的字节，浪费了页面的大部分空间。同样的，如果有一个值只是稍微超过了32个页的大小，实际上就需要使用96个页面。

 

2. 太长的值可能使得在查询中作为WHERE条件不能使用索引，因而执行很慢。在应用WHERE条件之前，MySQL需要把所有的列读出来，所以可能导致MySQL要求InnoDB读取很多扩展存储，然后检查WHERE条件，丢弃所有不需要的数据。

 

3. 一张表里有很多大字段，建议组合起来单独存到一个列里面。让所有的大字段共享一个扩展存储空间，比每个字段用自己的页要好。

 

4. 把大字段用COMPRESS()压缩后再存为BLOB，或者在发送到MySQL前在应用程序中进行压缩，可以获得显著的空间优势和性能收益。

 

5. 扩展存储禁用了自适应哈希，因为需要完整的比较列的整个长度，才能发现是不是正确的数据。

 

文章转自公众号：腾讯云数据库