【SQL SERVER重新認識】資料內部儲存結構簡單探索
資料庫經常需要打交道，但是從來沒想過資料庫內部是如何儲存資料。
今天探索一下資料庫內部如何儲存資料，從下面幾個方面探索
- 資料庫內部如何儲存資料
- 索引資料如何儲存
- 操作資料對儲存影響
- 總結
資料庫內部如何儲存資料
1. 要驗證，先準備資料，這裡建立是一個表，並新增3條資料
create table DataTable(Id int identity(1,1), [Name] varchar(50), [Address] varchar(200), CreateTime datetime2)
insert into DataTable
select 'Wilson','廣州市天河區',GETDATE() union all
select 'Alice','北京市朝陽區',GETDATE() union all
select 'Key','廣州市番禺區',GETDATE()2. 利用DBCC檢視頁資料，資料庫名稱Demo
DBCC TRACEON(2588,3604) --開啟追蹤 DBCC IND(Demo,DataTable,-1) --檢視分配情況，這裡查到的PageFID,PagePID，用於PAGE查詢，PageType = 1 是資料頁 DBCC PAGE(Demo,1,224,1) --檢視頁槽位情況
PAGE是檢視cha內容太多，擷取部分資料，
Slot 0, Offset 0x60, Length 43, DumpStyle BYTE
Record Type = PRIMARY_RECORD Record Attributes = NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 43
Memory Dump @0x000000557C77A060
0000000000000000: 30001000 01000000 c0bb04c8 7fea400b 04000002 0.............@.....
0000000000000014: 001f002b 0057696c 736f6eb9 e3d6ddca d0ccecba ...+.Wilson.........
0000000000000028: d3c7f8 ...
Slot 1, Offset 0x8b, Length 42, DumpStyle BYTE
Record Type = PRIMARY_RECORD Record Attributes = NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 42
Memory Dump @0x000000557C77A08B
0000000000000000: 30001000 02000000 c0bb04c8 7fea400b 04000002 0.............@.....
0000000000000014: 001e002a 00416c69 6365b1b1 bea9cad0 b3afd1f4 ...*.Alice..........
0000000000000028: c7f8 ..
Slot 2, Offset 0xb5, Length 40, DumpStyle BYTE
Record Type = PRIMARY_RECORD Record Attributes = NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 40
Memory Dump @0x000000557C77A0B5
0000000000000000: 30001000 03000000 c0bb04c8 7fea400b 04000002 0.............@.....
0000000000000014: 001c0028 004b6579 b9e3d6dd cad0b7ac d8aec7f8 ...(.Key............
OFFSET TABLE:
Row - Offset
2 (0x2) - 181 (0xb5)
1 (0x1) - 139 (0x8b)
0 (0x0) - 96 (0x60) 上面是16進位制，拿第一條資料來分析，分析完再跟另外兩條資料來驗證
Slot 0, Offset 0x60, Length 43, DumpStyle BYTE 0000000000000000: 30001000 01000000 c0bb04c8 7fea400b 04000002 0.............@..... 0000000000000014: 001f002b 0057696c 736f6eb9 e3d6ddca d0ccecba ...+.Wilson......... 0000000000000028: d3c7f8
30001000：欄位的標誌位，沒找到官方說明，目前瞭解是，有可變欄位和無可變欄位不一致，已經刪除的行會從30->3c
01000000：這個明顯代表是Id，從另外兩條資料可以猜到
c0bb04c8 7fea400b：因為看到Name在後面，這裡剛好8個字元，這個應該是時間datetime2，寫了個程式碼將16進位制轉換datetime2，現在就用程式碼驗證，程式碼在文章最後放出來，因為時間轉換有精度丟失，所以兩個時間不是完全一直
04000002：04代表一共有4個欄位，02代表一共有連個可變長欄位
001f002b： 這裡是兩個可變字元的偏移量
0057696c 736f6eb9 e3d6ddca d0ccecba d3c7f8：這一串儲存是姓名和地址，前面兩個00，應該是上面長度的一個分隔符，下面也是用程式碼驗證一下
到這裡也大概清楚SQL如何儲存資料，它不是按欄位順序儲存，先存固定長度的欄位，然後插入分隔的符號，然後存可變長的欄位，這樣做可能為了減少移動資料帶來的成本，後面操作資料會有講到。
索引資料如何儲存
到目前為止，是沒有涉及到索引，因為我們上面的資料是沒有建立索引，是一個堆表。
索引分非聚集索引和聚集索引
1. 建立非聚集索引
create index IX_DataTable_Name on DataTable(Name ASC)
1.1 檢視資料頁分配情況
DBCC IND(Demo,DataTable,-1) --檢視分配情況 DBCC PAGE(Demo,1,280,1) --檢視頁分配情況
1.2 Page分配情況
Slot 0, Offset 0x60, Length 21, DumpStyle BYTE
Record Type = INDEX_RECORD Record Attributes = NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 21
Memory Dump @0x00000055721FA060
0000000000000000: 36000100 00010001 00020000 01001500 416c6963 6...............Alic
0000000000000014: 65 e
Slot 1, Offset 0x75, Length 22, DumpStyle BYTE
Record Type = INDEX_RECORD Record Attributes = NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 22
Memory Dump @0x00000055721FA075
0000000000000000: 36000100 00010002 00020000 01001600 4b657920 6...............Key
0000000000000014: 4c69 Li
Slot 2, Offset 0x8b, Length 22, DumpStyle BYTE
Record Type = INDEX_RECORD Record Attributes = NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 22
Memory Dump @0x00000055721FA08B
0000000000000000: 36000100 00010000 00020000 01001600 57696c73 6...............Wils
0000000000000014: 6f6e on
1.3 Page頁面分析
0100 00010001：這個是行Id，轉義過來是（1:256:1），因為現在還是堆表，所以指向行Id
00020000：這個也是正文開始標記
01001500：這裡記錄索引的長度
後面的就是索引內容
可以看到，索引儲存大概結構
指標 -> 索引資訊（長度）-> 索引內容
檢視行Id，可以使用sys.fn_PhysLocFormatter(%%physloc%%)
select sys.fn_PhysLocFormatter(%%physloc%%),* from DataTable
2 建立聚集索引
create clustered index IX_DatTaable_Name on DataTable(Name ASC)
2.1 檢視資料頁分配情況
DBCC IND(Demo,DataTable,-1) --IndexID=1就是聚集索引 DBCC PAGE(Demo,1,234,3)
2.2 Page分配情況
0000000000000000: 30001000 02000000 20d1565f 0deb400b 05000003 0....... .V_..@..... 0000000000000014: 001b0020 002c0041 6c696365 b1b1bea9 cad0b3af ... .,.Alice........ 0000000000000028: d1f4c7f8
2.3 Page頁面分析
這裡資料大概格式行Id+定長欄位+行資訊+變長資料，這裡就不展開驗證。
值得注意是，這裡的欄位數量和可變長欄位數量為 05000003
這裡之所以會多了一個欄位，是因為我們新增的聚集索引沒有指定唯一，SQL SERVER會自動新增一個4位元組的欄位，確保聚集索引唯一。
操作資料對儲存影響
1. INSERT
insert into DataTable(Name,Address,CreateTime) select 'Jack','廣州市天河區',GETDATE()
1.1 檢視Page情況
Slot 0, Offset 0x60, Length 44, DumpStyle BYTE
Record Type = PRIMARY_RECORD Record Attributes = NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 44
Memory Dump @0x0000005CD11FA060
0000000000000000: 30001000 02000000 40f61b57 1aeb400b 05000003 [email protected]..@.....
0000000000000014: 001b0020 002c0041 6c696365 b1b1bea9 cad0b3af ... .,.Alice........
0000000000000028: d1f4c7f8 ....
Slot 1, Offset 0xe3, Length 43, DumpStyle BYTE
Record Type = PRIMARY_RECORD Record Attributes = NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 43
Memory Dump @0x0000005CD11FA0E3
0000000000000000: 30001000 04000000 350f285e 1aeb400b 05000003 0.......5.(^..@.....
0000000000000014: 001b001f 002b004a 61636bb9 e3d6ddca d0ccecba .....+.Jack.........
0000000000000028: d3c7f8 ...
可以看到在Alice後面槽位插入了資料（因為這個表的聚集索引是在Name，升序）
2. UPDATE
update DataTable set Address = '廣州市白雲區黃邊路8號' where Id = 1
2.1 檢視Pag情況，用2，檢視整個Page
0000005CD387A064: 02000000 40f61b57 1aeb400b 05000003 001b0020 [email protected]..@........ 0000005CD387A078: 002c0041 6c696365 b1b1bea9 cad0b3af d1f4c7f8 .,.Alice............ 0000005CD387A08C: 30001000 03000000 40f61b57 1aeb400b 05000003 [email protected]..@..... 0000005CD387A0A0: 001b001e 002a004b 6579b9e3 d6ddcad0 b7acd8ae .....*.Key.......... 0000005CD387A0B4: c7f83000 10000100 000040f6 1b571aeb 400b0500 [email protected]..@... 0000005CD387A0C8: 0003001b 0021002d 0057696c 736f6eb9 e3d6ddca .....!.-.Wilson..... 0000005CD387A0DC: d0b0d7d4 c6c7f830 00100004 00000035 0f285e1a .......0.......5.(^. 0000005CD387A0F0: eb400b05 00000300 1b001f00 2b004a61 636bb9e3 .@..........+.Jack.. 0000005CD387A104: d6ddcad0 ccecbad3 c7f83000 10000100 000040f6 ..........0.......@. 0000005CD387A118: 1b571aeb 400b0500 0003001b 00210036 0057696c .W..@........!.6.Wil 0000005CD387A12C: 736f6eb9 e3d6ddca d0b0d7d4 c6c7f8bb c6b1dfc2 son.................
可以看到有2個Wilson的記錄，因為更新的欄位比原來的長，原來地方放不下，在當前頁空閒的地方重新整條記錄複製過去，然後偏移量指向新的地址。實際上欄位變短了也會發生這種遷移。
這樣原來的地方就變成碎片。事實上索引頁的維護也是一樣道理。
3.DELETE
delete DataTable where Id = 2
3.1 檢視Pag情況，用2，檢視整個Page
3c001000 ................<... 0000005CD627A064: 02000000 40f61b57 1aeb400b 05000003 001b0020 [email protected]..@........ 0000005CD627A078: 002c0041 6c696365 b1b1bea9 cad0b3af d1f4c7f8 .,.Alice............ 0000005CD627A08C: 30001000 03000000 40f61b57 1aeb400b 05000003 [email protected]..@.....
可以看到Alice這條記錄還存在頁上，原來行頭的4個標誌位從30001000 -> 3c001000
總結
其實資料庫如何儲存對平常開發沒什麼影響，只是無聊研究一下。
其實還是有點影響，我能想到如下，未必準確和完整。
1. 儘量選擇定長的欄位，例如狀態，型別這種欄位定義int
2. char 是用空間換時間，經常更新欄位且比較短的欄位可以考慮定義char
3. 超長的varchar欄位可以考慮不放在主表，不然一頁存不下，又會發生行溢位問題
4. 索引有利有弊，要儘量合理使用索引，特別是聚集索引，非常要謹慎使用。
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示例程式碼：https://github.com/WilsonPan/Net.Demos/tree/master/Demo.SQLTools