13 | 为什么表数据删掉一半，表文件大小不变？

把一个最大的表删掉了一半的数据，怎么表文件的大小还是没变？这涉及到数据库的空间回收问题。

还是以InnoDB为例， 一个 InnoDB 表包含两部分，即：表结构定义和数据。在 MySQL 8.0 版本以前，表结构是存在以.frm 为后缀的文件里。而 MySQL 8.0 版本，则已经允许把表结构定义放在系统数据表中了。因为表结构定义占用的空间很小，所以影响空间占用的主要因素是表数据。

参数 innodb_file_per_table

表数据既可以存在共享表空间里，也可以是单独的文件。这个行为是由参数 innodb_file_per_table 控制的：

• 这个参数设置为 OFF 表示的是，表的数据放在系统共享表空间，也就是跟数据字典放在一起；
• 这个参数设置为 ON 表示的是，每个 InnoDB 表数据存储在一个以 .ibd 为后缀的文件中。

从 MySQL 5.6.6 版本开始，它的默认值就是 ON 了。建议不论使用 MySQL 的哪个版本，都将这个值设置为 ON。因为，一个表单独存储为一个文件更容易管理，而且在不需要这个表的时候，通过 drop table 命令，系统就会直接删除这个文件。而如果是放在共享表空间中，即使表删掉了，空间也是不会回收的。

下面的探讨都是基于将这个参数设置为ON来展开的。

数据删除流程

InnoDB中B+索引的组织结构如下所示：

图1 B+树索引示意图

假设要删掉 R4 这个记录，InnoDB 引擎只会把 R4 这个记录标记为删除。如果之后要再插入一个 ID 在 300 和 600 之间的记录时，可能会复用这个位置。但是，磁盘文件的大小并不会缩小。

并且，InnoDB 的数据是按页存储的，那么如果删掉了一个数据页上的所有记录，整个数据页就可以被复用了。

但是，数据页的复用跟记录的复用是不同的。

记录的复用，只限于符合范围条件的数据。比如上面的这个例子，R4 这条记录被删除后，如果插入一个 ID 是 400 的行，可以直接复用这个空间。但如果插入的是一个 ID 是 800 的行，就不能复用这个位置了。

而当整个页从 B+ 树里面摘掉以后，可以复用到任何位置。以上图为例，如果将数据页 page A 上的所有记录删除以后，page A 会被标记为可复用。这时候如果要插入一条 ID=50 的记录需要使用新页的时候，page A 是可以被复用的。

如果相邻的两个数据页利用率都很小，系统就会把这两个页上的数据合到其中一个页上，另外一个数据页就被标记为可复用。

如果用 delete 命令把整个表的数据删除，所有的数据页都会被标记为可复用。但是磁盘上，文件不会变小。

所以，使用delete命令是不能回收表空间的。这些可以复用，但是没被使用的空间，就像“空洞”一样。

实际上，插入数据也会造成这种“空洞”。

如果数据是按照索引递增顺序插入的，那么索引是紧凑的。但如果数据是随机插入的，就可能造成索引的数据页分裂。

如下图所示，假如pageA已经满了，此时要再插入一行数据，就会产生页分裂，不得不再申请一个新的页面 page B 来保存数据了。页分裂完成后，page A 的末尾就留下了空洞。

图2 插入数据导致页分裂

另外，更新索引上的值，可以理解为删除一个旧的值，再插入一个新值。不难理解，这也是会造成空洞的。

也就是说，经过大量增删改的表，都是可能是存在空洞的。所以，如果能够把这些空洞去掉，就能达到收缩表空间的目的。

而重建表，就可以达到这样的目的。

重建表

可以使用 alter table A engine=InnoDB 命令来重建表。MySQL 会自动完成转存数据、交换表名、删除旧表的操作。示意图如下：

图3 改锁表DDL

显然，花时间最多的步骤是往临时表插入数据的过程，如果在这个过程中，有新的数据要写入到表 A 的话，就会造成数据丢失。因此，在整个 DDL 过程中，表 A 中不能有更新。也就是说，这个 DDL 不是 Online 的。

而在MySQL 5.6 版本开始引入的 Online DDL，对这个操作流程做了优化。它的流程如下：

• 建立一个临时文件，扫描表 A 主键的所有数据页；
• 用数据页中表 A 的记录生成 B+ 树，存储到临时文件中；
• 生成临时文件的过程中，将所有对 A 的操作记录在一个日志文件（row log）中，对应的是图中 state2 的状态；
• 临时文件生成后，将日志文件中的操作应用到临时文件，得到一个逻辑数据上与表 A 相同的数据文件，对应的就是图中 state3 的状态；
• 用临时文件替换表 A 的数据文件。

示意图如下：

图4 online DDL

由于日志文件记录和重放操作这个功能的存在，这个方案在重建表的过程中，允许对表 A 做增删改操作。这也就是 Online DDL 名字的来源。

需要注意的是，alter 语句在启动的时候需要获取 MDL 写锁，但是这个写锁在真正拷贝数据之前就退化成读锁了。这是为了实现 Online，MDL 读锁不会阻塞增删改操作。

那为什么不干脆直接解锁呢？为了保护自己，禁止其他线程对这个表同时做 DDL。

而对于一个大表来说，Online DDL 最耗时的过程就是拷贝数据到临时表的过程，这个步骤的执行期间可以接受增删改操作。所以，相对于整个 DDL 过程来说，锁的时间非常短。对业务来说，就可以认为是 Online 的。

需要补充说明的是，上述的这些重建方法都会扫描原表数据和构建临时文件。对于很大的表来说，这个操作是很消耗 IO 和 CPU 资源的。因此，如果是线上服务，你要很小心地控制操作时间。如果想要比较安全的操作的话，推荐使用 GitHub 开源的 gh-ost 来做。

Online 和 inplace

Online和另一个概念：inplace比较容易混淆。

在图 3 中，把表 A 中的数据导出来的存放位置叫作 tmp_table。这是一个临时表，是在 server 层创建的。

在图 4 中，根据表 A 重建出来的数据是放在“tmp_file”里的，这个临时文件是 InnoDB 在内部创建出来的。整个 DDL 过程都在 InnoDB 内部完成。对于 server 层来说，没有把数据挪动到临时表，是一个“原地”操作，这就是“inplace”名称的来源。

那么，如果有一个 1TB 的表，现在磁盘间是 1.2TB，能不能做一个 inplace 的 DDL 呢？答案是不能。因为，tmp_file 也是要占用临时空间的。

重建表的这个语句 alter table t engine=InnoDB，其实隐含的意思是：

alter table t engine=innodb,ALGORITHM=inplace;

跟 inplace 对应的就是拷贝表的方式了，用法是：

alter table t engine=innodb,ALGORITHM=copy;

当使用 ALGORITHM=copy 的时候，表示的是强制拷贝表，对应的流程就是图 3 的操作过程。

那么，inplace 跟 Online 是不是就是一个意思？其实不是的，只是在重建表这个逻辑中刚好是这样而已。

比如，如果要给 InnoDB 表的一个字段加全文索引，写法是：

alter table t add FULLTEXT(field_name);

这个过程是 inplace 的，但会阻塞增删改操作，是非 Online 的。

如果说这两个逻辑之间的关系是什么的话，可以概括为：

• DDL 过程如果是 Online 的，就一定是 inplace 的；
• 反过来未必，也就是说 inplace 的 DDL，有可能不是 Online 的。截止到 MySQL 8.0，添加全文索引（FULLTEXT index）和空间索引 (SPATIAL index) 就属于这种情况。

延伸阅读

使用 optimize table、analyze table 和 alter table 这三种方式重建表的区别。

• 从 MySQL 5.6 版本开始，alter table t engine = InnoDB（也就是 recreate）默认的就是上面图 4 的流程了；
• analyze table t 其实不是重建表，只是对表的索引信息做重新统计，没有修改数据，这个过程中加了 MDL 读锁；
• optimize table t 等于 recreate+analyze。

小结

上面的文章讨论了数据库中收缩表空间的方法。

如果要收缩一个表，只是 delete 掉表里面不用的数据的话，表文件的大小是不会变的，还要通过 alter table 命令重建表，才能达到表文件变小的目的。

重建表有两种方式，Online DDL 的方式是可以考虑在业务低峰期使用的，而 MySQL 5.5 及之前的版本，这个命令是会阻塞 DML 的，需要特别小心。