本文主要介绍InnoDB存储引擎的行记录格式ROW_FORMAT

分类

Named File Format

  1. InnoDB早期的文件格式（页格式）为Antelope，可以定义两种行记录格式，分别是Compact和Redundant
  2. Named File Format为了解决不同版本下页结构的兼容性，在Barracuda可以定义两种新的行记录格式Compressed和Dynamic
  3. 变量为innodb_file_format和innodb_default_row_format
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mysql>  SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_file_format';
+--------------------+-----------+
| Variable_name      | Value     |
+--------------------+-----------+
| innodb_file_format | Barracuda |
+--------------------+-----------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql>  SHOW VARIABLES LIKE '%row%format%';
+---------------------------+---------+
| Variable_name             | Value   |
+---------------------------+---------+
| innodb_default_row_format | dynamic |
+---------------------------+---------+
1 row in set (0.38 sec)

行记录最大长度

  1. 页大小（page size）为4KB、8KB、16KB和32KB时，行记录最大长度（maximum row length）应该略小于页大小的一半
    • 默认页大小为16KB，因此行记录最大长度应该略小于8KB ，因此一个B+Tree叶子节点最少有2个行记录
  2. 页大小为64KB时，行记录最大长度略小于16KB

CHAR(N)与VARCHAR(N)

N指的是**字符长度**，而不是Byte大小，在不同的编码下，同样的字符会占用不同的空间，如LATIN1（定长编码）和UTF8(变长编码)

变长列

在InnoDB中，变长列（variable-length column）可能是以下几种情况

  1. 长度不固定的数据类型，例如VARCHAR、VARBINARY、BLOB、TEXT等
  2. 对于长度固定的数据类型，如CHAR，如果实际存储占用的空间大于768Byte，InnoDB会将其视为变长列
  3. 变长编码下的CHAR

行溢出

  1. 当行记录的长度没有超过行记录最大长度时，所有数据都会存储在当前页
  2. 当行记录的长度超过行记录最大长度时，变长列（variable-length column）会选择外部溢出页（overflow page，一般是Uncompressed BLOB Page）进行存储

    • Compact + Redundant：保留前768Byte在当前页（B+Tree叶子节点），其余数据存放在溢出页。768Byte后面跟着20Byte的数据，用来存储指向溢出页的指针

    • Dynamic + Compressed：仅存储20Byte数据，存储指向溢出页的指针，这时比Compact和Redundant更高效，因为一个B+Tree叶子节点能存放更多的行记录

Redundant

MySQL 5.0之前的ROW_FORMAT

格式

字段偏移列表

  1. 按照列的顺序逆序放置
  2. 列长度小于255Byte，用1Byte存储
  3. 列长度大于255Byte，用2Byte存储

记录头信息

名称 大小（bit） 描述
() 1 未知
() 1 未知
deleted_flag 1 该行是否已被删除
min_rec_flag 1 如果该行记录是预定义为最小的记录，为1
n_owned 4 该记录拥有的记录数，用于Slot
heap_no 13 索引堆中该条记录的索引号
n_fields 10 记录中列的数量，一行最多支持1023列
1byte_offs_flag 1 偏移列表的单位为1Byte还是2Byte
next_record 16 页中下一条记录的相对位置
Total 48(6Byte) nothing

隐藏列

  1. ROWID
    没有显式定义主键或唯一非NULL的索引时，InnoDB会自动创建6Byte的ROWID
  2. Transaction ID
    事务ID
  3. Roll Pointer

非行溢出实例

表初始化

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mysql> CREATE TABLE t (
    -> a VARCHAR(10),
    -> b VARCHAR(10),
    -> c CHAR(10),
    -> d VARCHAR(10)
    -> ) ENGINE=INNODB CHARSET=LATIN1 ROW_FORMAT=REDUNDANT;
Query OK, 0 rows affected (0.23 sec)

mysql> INSERT INTO t VALUES ('1','22','22','333'),('4',NULL,NULL,'555');
Query OK, 2 rows affected (0.08 sec)
Records: 2  Duplicates: 0  Warnings: 0
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$ sudo python py_innodb_page_info.py -v /var/lib/mysql/test/t.ibd
page offset 00000000, page type <File Space Header>
page offset 00000001, page type <Insert Buffer Bitmap>
page offset 00000002, page type <File Segment inode>
page offset 00000003, page type <B-tree Node>, page level <0000>
page offset 00000000, page type <Freshly Allocated Page>
page offset 00000000, page type <Freshly Allocated Page>
Total number of page: 6:
Freshly Allocated Page: 2
Insert Buffer Bitmap: 1
File Space Header: 1
B-tree Node: 1
File Segment inode: 1

行记录在page offset=3的页中

16进制信息

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# Vim,:%!xxd
# page offset=3
0000c000: 32d4 0518 0000 0003 ffff ffff ffff ffff  2...............
0000c010: 0000 0000 408f 1c1b 45bf 0000 0000 0000  [email protected].......
0000c020: 0000 0000 0112 0002 00db 0004 0000 0000  ................
0000c030: 00ba 0002 0001 0002 0000 0000 0000 0000  ................
0000c040: 0000 0000 0000 0000 0156 0000 0112 0000  .........V......
0000c050: 0002 00f2 0000 0112 0000 0002 0032 0801  .............2..
0000c060: 0000 0300 8a69 6e66 696d 756d 0009 0300  .....infimum....
0000c070: 0803 0000 7375 7072 656d 756d 0023 2016  ....supremum.# .
0000c080: 1413 0c06 0000 100f 00ba 0000 0014 b201  ................
0000c090: 0000 0014 08bf b900 0002 0301 1031 3232  .............122
0000c0a0: 3232 2020 2020 2020 2020 3333 3321 9e94  22        333!..
0000c0b0: 1413 0c06 0000 180f 0074 0000 0014 b202  .........t......
0000c0c0: 0000 0014 08bf b900 0002 0301 1f34 0000  .............4..
0000c0d0: 0000 0000 0000 0000 3535 3500 0000 0000  ........555.....

第1行记录（0xc07d）

  • 长度偏移列表（23 20 16 14 13 0c 06）
    总共有7列，每列的长度都不超过255Byte，偏移列表的单位为1Byte，所以0xc07d~0xc083为长度偏移列表
列序号 长度 描述
1 6 = 0x06 ROWID，隐藏列
2 6 = 0x0c-0x06 Transaction ID，隐藏列
3 7 = 0x13-0x0c Roll Pointer，隐藏列
4 1 = 0x14-0x13 a VARCHAR(10)
5 2 = 0x16-0x14 b VARCHAR(10)
6 10 = 0x20-0x16 c CHAR(10)
7 3 = 0x23-0x20 d VARCHAR(10)
  • 记录头信息（00 00 10 0f 00 ba）
名称 值 描述
n_fields 7 记录中列的数量
1byte_offs_flag 1 偏移列表的单位为1Byte
  • ROWID（00 00 00 14 b2 01）
  • Transaction ID（00 00 00 14 08 bf）
  • Roll Pointer（b9 00 00 02 03 01 10）
  • a（31）
    • 字符1，VARCHAR(10)，1个字符只占用了1Byte
  • b（32 32）
    • 字符22，VARCHAR(10)，2个字符只占用了2Byte
  • c（32 32 20 20 20 20 20 20 20 20）
    • 字符22，CHAR(10)，2个字符依旧占用了10Byte
  • d（33 33 33）
    • 字符333，VARCHAR(10)，3个字符只占用了3Byte

第2行记录（0xc0ad）

  • 长度偏移列表（21 9e 94 14 13 0c 06）
    总共有7列，每列的长度都不超过255Byte，偏移列表的单位为1Byte，所以0xc0ad~0xc0b3为长度偏移列表
列序号 长度 描述
1 6 = 0x06 ROWID，隐藏列
2 6 = 0x0c-0x06 Transaction ID，隐藏列
3 7 = 0x13-0x0c Roll Pointer，隐藏列
4 1 = 0x14-0x13 a VARCHAR(10)
5 0(0x94-0x14=0x80>10) b VARCHAR(10)
6 10 = 0x9e-0x94 c CHAR(10)
7 3 = 0x21-(0x9e-0x94)-0x14 d VARCHAR(10)
  • 记录头信息（00 00 18 0f 00 74）
名称 值 描述
n_fields 7 记录中列的数量
1byte_offs_flag 1 偏移列表的单位为1Byte
  • ROWID（00 00 00 14 b2 02）
  • Transaction ID（00 00 00 14 08 bf）
    • 与第1条记录的事务ID一致（在InnoDB中会将INSERT VALUES视为在同一事务内，MyISAM则不会）
  • Roll Pointer（b9 00 00 02 03 01 1f）
  • a（34）
    • 字符4，VARCHAR(10)，1个字符只占用了1Byte
  • b
    • VARCHAR为NULL时，**不占用空间**
  • c（00 00 00 00 00 00 00 00 00 00）
    • CHAR(10)为NULL时，依旧占用10Byte
  • d（35 35 35）
    • 字符555，VARCHAR(10)，3个字符只占用了3Byte

行溢出实例

表初始化

1
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mysql> CREATE TABLE t (
    -> a VARCHAR(9000)
    -> ) ENGINE=INNODB CHARSET=LATIN1 ROW_FORMAT=REDUNDANT;
Query OK, 0 rows affected (0.08 sec)

mysql> INSERT INTO t SELECT REPEAT('a',9000);
Query OK, 1 row affected (0.05 sec)
Records: 1  Duplicates: 0  Warnings: 0
1
2
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$ sudo python py_innodb_page_info.py -v /var/lib/mysql/test/t.ibd
page offset 00000000, page type <File Space Header>
page offset 00000001, page type <Insert Buffer Bitmap>
page offset 00000002, page type <File Segment inode>
page offset 00000003, page type <B-tree Node>, page level <0000>
page offset 00000004, page type <Uncompressed BLOB Page>
page offset 00000000, page type <Freshly Allocated Page>
Total number of page: 6:
Insert Buffer Bitmap: 1
Freshly Allocated Page: 1
File Segment inode: 1
B-tree Node: 1
File Space Header: 1
Uncompressed BLOB Page: 1

行记录的前768Byte在page offset=3的页中，但由于9000>8192>行记录最大长度，所以将剩余数据放在了溢出页，即page offset=4的页中

16进制信息

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# Vim,:%!xxd
# page offset=3
0000c000: 17e8 3157 0000 0003 ffff ffff ffff ffff  ..1W............
0000c010: 0000 0000 408f 6113 45bf 0000 0000 0000  [email protected].......
0000c020: 0000 0000 0113 0002 03b2 0003 0000 0000  ................
0000c030: 008b 0005 0000 0001 0000 0000 0000 0000  ................
0000c040: 0000 0000 0000 0000 0157 0000 0113 0000  .........W......
0000c050: 0002 00f2 0000 0113 0000 0002 0032 0801  .............2..
0000c060: 0000 0300 8b69 6e66 696d 756d 0009 0200  .....infimum....
0000c070: 0803 0000 7375 7072 656d 756d 0043 2700  ....supremum.C'.
0000c080: 1300 0c00 0600 0010 0800 7400 0000 14b2  ..........t.....
0000c090: 0300 0000 1408 cea3 0000 01f9 0110 6161  ..............aa
0000c0a0: 6161 6161 6161 6161 6161 6161 6161 6161  aaaaaaaaaaaaaaaa
......
0000c390: 6161 6161 6161 6161 6161 6161 6161 0000  aaaaaaaaaaaaaa..
0000c3a0: 0113 0000 0004 0000 0026 0000 0000 0000  .........&......
0000c3b0: 2028 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000   (..............
......

# page offset=4
00010000: 273a f701 0000 0004 0000 0000 0000 0000  ':..............
00010010: 0000 0000 408f 6113 000a 0000 0000 0000  [email protected].........
00010020: 0000 0000 0113 0000 2028 ffff ffff 6161  ........ (....aa
00010030: 6161 6161 6161 6161 6161 6161 6161 6161  aaaaaaaaaaaaaaaa
......
00012050: 6161 6161 6161 0000 0000 0000 0000 0000  aaaaaa..........
00012060: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
......
  • 长度偏移列表（4327 0013 000c 0006）
    总共有4列，a列的长度超过了255Byte，偏移列表的单位为2Byte，所以0xc07d~0xc084为长度偏移列表
列序号 长度 描述
1 6 = 0x0006 ROWID，隐藏列
2 6 = 0x000c-0x0006 Transaction ID，隐藏列
3 7 = 0x0013-0x000c Roll Pointer，隐藏列
4 9000(0x4327暂不理解) a VARCHAR(9000)
  • 记录头信息（00 00 10 08 00 74）
名称 值 描述
n_fields 4 记录中列的数量
1byte_offs_flag 0 偏移列表的单位为2Byte
  • ROWID（00 00 00 14 b2 03）
  • Transaction ID（00 00 00 14 08 ce）
  • Roll Pointer（a3 00 00 01 f9 01 10）
  • a
    • page offset=3，前768Byte（0xc09e~0xc39d），在溢出页的长度为0x2028，即8232
    • page offset=4为溢出页，存放后8232Byte的数据(0x1002e~0x12055)

Compact

MySQL 5.0引入，MySQL 5.1默认ROW_FORMAT

对比Redundant

  1. 减少了大约20%的空间
  2. 在某些操作下会增加CPU的占用
  3. 在典型的应用场景下，比Redundant快

格式

变长字段长度列表

  1. 条件
    • VARCHAR、BLOB等
    • 变长编码（如UTF8）下的CHAR
  2. 放置排序：逆序
  3. 用2Byte存储的情况：需要用溢出页；最大长度超过255Byte；实际长度超过127Byte

NULL标志位

  1. 行记录中是否有NULL值，是一个位向量（Bit Vector）
  2. 可为NULL的列数量为N，则该标志位占用的CEILING(N/8)Byte
  3. 列为NULL时不占用实际空间

记录头信息

名称 大小（bit） 描述
() 1 未知
() 1 未知
deleted_flag 1 该行是否已被删除
min_rec_flag 1 如果该行记录是预定义为最小的记录，为1
n_owned 4 该记录拥有的记录数，用于Slot
heap_no 13 索引堆中该条记录的索引号
record_type 3 记录类型，000（普通），001（B+Tree节点指针），010（Infimum），011（Supremum）
next_record 16 页中下一条记录的相对位置
Total 40(5Byte) nothing

实例

行溢出时的处理方式与Redundant类似，这里仅给出非行溢出的实例

表初始化

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mysql> CREATE TABLE t (
    -> a VARCHAR(10),
    -> b VARCHAR(10),
    -> c CHAR(10),
    -> d VARCHAR(10)
    -> ) ENGINE=INNODB CHARSET=LATIN1 ROW_FORMAT=COMPACT;
Query OK, 0 rows affected (0.03 sec)

mysql> INSERT INTO t VALUES ('1','22','22','333'),('4',NULL,NULL,'555');                                                               Query OK, 2 rows affected (0.02 sec)
Records: 2  Duplicates: 0  Warnings: 0
1
2
3
4
5
6
7
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13
$ sudo python py_innodb_page_info.py -v /var/lib/mysql/test/t.ibd
page offset 00000000, page type <File Space Header>
page offset 00000001, page type <Insert Buffer Bitmap>
page offset 00000002, page type <File Segment inode>
page offset 00000003, page type <B-tree Node>, page level <0000>
page offset 00000000, page type <Freshly Allocated Page>
page offset 00000000, page type <Freshly Allocated Page>
Total number of page: 6:
Freshly Allocated Page: 2
Insert Buffer Bitmap: 1
File Space Header: 1
B-tree Node: 1
File Segment inode: 1

行记录在page offset=3的页中

16进制信息

1
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# Vim,:%!xxd
# page offset=3
0000c000: 1f96 f8df 0000 0003 ffff ffff ffff ffff  ................
0000c010: 0000 0000 408f deaa 45bf 0000 0000 0000  [email protected].......
0000c020: 0000 0000 0116 0002 00c3 8004 0000 0000  ................
0000c030: 00ac 0002 0001 0002 0000 0000 0000 0000  ................
0000c040: 0000 0000 0000 0000 015a 0000 0116 0000  .........Z......
0000c050: 0002 00f2 0000 0116 0000 0002 0032 0100  .............2..
0000c060: 0200 1e69 6e66 696d 756d 0003 000b 0000  ...infimum......
0000c070: 7375 7072 656d 756d 0302 0100 0000 1000  supremum........
0000c080: 2b00 0000 14b2 0a00 0000 1409 03c6 0000  +...............
0000c090: 020a 0110 3132 3232 3220 2020 2020 2020  ....12222
0000c0a0: 2033 3333 0301 0600 0018 ffc4 0000 0014   333............
0000c0b0: b20b 0000 0014 0903 c600 0002 0a01 1f34  ...............4
0000c0c0: 3535 3500 0000 0000 0000 0000 0000 0000  555.............

第1行记录（0xc078）

  1. 变长字段长度列表（03 02 01）
    • 列a长度为1
    • 列b长度为2
    • 列c在LATIN1单字节编码下，长度固定，因此不会出现在该列表中
    • 列d长度为3
  2. NULL标志位（00）
    • 在表中可以为NULL的可变列为a、b、d，0< 3/8 < 1，所以NULL标志位占用1Byte
    • 00表示没有字段为NULL
  3. 记录头信息（00 00 10 00 2b）
    • 本行记录结束的位置0xc078+0x2b=c0a3
  4. ROWID（00 00 00 14 b2 0a）
  5. Transaction ID（00 00 00 14 09 03）
  6. Roll Pointer（c6 00 00 02 0a 01 10）
  7. a（31）
    • 字符1，VARCHAR(10)，1个字符只占用了1Byte
  8. b（32 32）
    • 字符22，VARCHAR(10)，2个字符只占用了2Byte
  9. c（32 32 20 20 20 20 20 20 20 20）
    • 字符22，CHAR(10)，2个字符依旧占用了10Byte
  10. d（33 33 33）
    • 字符333，VARCHAR(10)，3个字符只占用了3Byte

第2行记录（0xc0a4）

  1. 变长字段长度列表（03 01）
    • 列a长度为1
    • 列b、c为NULL，不占用空间，因此不会出现在该列表中，NULL标志位会标识那一列为NULL
    • 列d长度为3
  2. NULL标志位（06）
    • 0000 0110，表示列b和列c为NULL
  3. 记录头信息（00 00 18 ff c4）
  4. ROWID（00 00 00 14 b2 0b）
  5. Transaction ID（00 00 00 14 09 03）
    • 跟第1行记录在同一个事务内
  6. Roll Pointer（c6 00 00 02 0a 01 1f）
  7. a（34）
    • 字符1，VARCHAR(10)，1个字符只占用了1Byte
  8. b
    • VARCHAR(10)为NULL时，不占用空间
  9. c
    • CHAR(10)为NULL时，不占用空间
  10. d（35 35 35）
    • 字符555，VARCHAR(10)，3个字符只占用了3Byte

Dynamic和Compressed

  1. Dynamic和Compressed是Compact的变种形式
  2. Compressed会对存储在其中的行数据会以zlib的算法进行压缩，对BLOB、TEXT、VARCHAR这类大长度类型的数据能够进行非常有效的存储
  3. Dynamic（或Compressed）与Compact（或Redundant）比较大的差异是行溢出的处理方式，下面是Dynamic行溢出实例

表初始化

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mysql> CREATE TABLE t (
    -> a VARCHAR(9000)
    -> ) ENGINE=INNODB CHARSET=LATIN1 ROW_FORMAT=DYNAMIC;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

mysql> INSERT INTO t SELECT REPEAT('a',9000);                                                                                          Query OK, 1 row affected (0.02 sec)
Records: 1  Duplicates: 0  Warnings: 0
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$ sudo python py_innodb_page_info.py -v /var/lib/mysql/test/t.ibd
page offset 00000000, page type <File Space Header>
page offset 00000001, page type <Insert Buffer Bitmap>
page offset 00000002, page type <File Segment inode>
page offset 00000003, page type <B-tree Node>, page level <0000>
page offset 00000004, page type <Uncompressed BLOB Page>
page offset 00000000, page type <Freshly Allocated Page>
Total number of page: 6:
Insert Buffer Bitmap: 1
Freshly Allocated Page: 1
File Segment inode: 1
B-tree Node: 1
File Space Header: 1
Uncompressed BLOB Page: 1

16进制信息

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# Vim,:%!xxd
# page offset=3
0000c000: 0006 f2d2 0000 0003 ffff ffff ffff ffff  ................
0000c010: 0000 0000 4090 bbcb 45bf 0000 0000 0000  [email protected].......
0000c020: 0000 0000 011a 0002 00a7 8003 0000 0000  ................
0000c030: 0080 0005 0000 0001 0000 0000 0000 0000  ................
0000c040: 0000 0000 0000 0000 015e 0000 011a 0000  .........^......
0000c050: 0002 00f2 0000 011a 0000 0002 0032 0100  .............2..
0000c060: 0200 1d69 6e66 696d 756d 0002 000b 0000  ...infimum......
0000c070: 7375 7072 656d 756d 14c0 0000 0010 fff0  supremum........
0000c080: 0000 0014 b211 0000 0014 093d ee00 0001  ...........=....
0000c090: c201 1000 0001 1a00 0000 0400 0000 2600  ..............&.
0000c0a0: 0000 0000 0023 2800 0000 0000 0000 0000  .....#(.........
......

# page offset=4
00010000: 2371 f7ac 0000 0004 0000 0000 0000 0000  #q..............
00010010: 0000 0000 4090 bbcb 000a 0000 0000 0000  ....@...........
00010020: 0000 0000 011a 0000 2328 ffff ffff 6161  ........#(....aa
00010030: 6161 6161 6161 6161 6161 6161 6161 6161  aaaaaaaaaaaaaaaa
......
00012340: 6161 6161 6161 6161 6161 6161 6161 6161  aaaaaaaaaaaaaaaa
00012350: 6161 6161 6161 0000 0000 0000 0000 0000  aaaaaa..........
  1. page offset=3中没有前缀的768Byte，Roll Pointer后直接跟着20Byte的指针
  2. page offset=4为溢出页，存储实际的数据，范围为0x1002d~0x12355，总共9000，即完全溢出

UTF8与CHAR

  1. Latin1与UTF8代表了两种编码类型，分别是定长编码和变长编码
  2. UTF8对CHAR(N)的的处理方式在Redundant和Compact（或Dynamic、Compressed）中是不一样的
    • Redundant中占用N * Maximum_Character_Byte_Length
    • Compact中最小化占用空间

Redundant实例

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mysql> CREATE TABLE t (
    -> a CHAR(10)
    -> ) ENGINE=INNODB CHARSET=UTF8 ROW_FORMAT=REDUNDANT;
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)

mysql> INSERT INTO t SELECT 'a';
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
Records: 1  Duplicates: 0  Warnings: 0
1
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3
0000c090: 1409 69ae 0000 018d 0110 6120 2020 2020  ..i.......a
0000c0a0: 2020 2020 2020 2020 2020 2020 2020 2020
0000c0b0: 2020 2020 2020 2020 0000 0000 0000 0000          ........

0xc09a~0xc0b7总共占用了30Byte(=3*10)

Compact实例

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mysql> CREATE TABLE t (
    -> a CHAR(10)
    -> ) ENGINE=INNODB CHARSET=UTF8 ROW_FORMAT=REDUNDANT;
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)

mysql> INSERT INTO t SELECT 'a';
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
Records: 1  Duplicates: 0  Warnings: 0
1
0000c090: 0110 6120 2020 2020 2020 2020 0000 0000  ..a         ....

0xc092~0xc09b总共占用了10Byte(=1*10)

参考资料

  1. MySQL技术内幕 - InnoDB存储引擎 V2
  2. File Space Management
  3. COMPACT and REDUNDANT Row Formats
  4. Physical Row Structure of InnoDB Tables
  5. DYNAMIC and COMPRESSED Row Formats