PostgreSQL核心揭秘—元組結(jié)構(gòu)
概述
在PostgreSQL中，堆元組（Heap Tuple）是表中一行數(shù)據(jù)的內(nèi)部表示。每個堆元組都存儲在一個頁面（通常為8KB）內(nèi)，并且由三個主要部分組成：HeapTupleHeaderData 結(jié)構(gòu)、空值位圖以及用戶數(shù)據(jù)。
詳細介紹
1. HeapTupleHeaderData 結(jié)構(gòu)
HeapTupleHeaderData 是元組頭部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它包含了關(guān)于該元組的一些關(guān)鍵信息。這些信息包括事務相關(guān)的數(shù)據(jù)和一些標志位，用于多版本并發(fā)控制（MVCC）。
以下是其主要字段：
田 | 類型 | 長度 | 描述 |
t_xmin | 交易 ID | 4 字節(jié) | 插入 XID 圖章 |
t_xmax | 交易 ID | 4 字節(jié) | 刪除 XID 圖章 |
t_cid | CommandId | 4 字節(jié) | 插入和/或刪除 CID 圖章（與 t_xvac 疊加） |
t_xvac | 交易 ID | 4 字節(jié) | XID 用于 VACUUM 操作移動行版本 |
t_ctid | ItemPointerData （項目指針數(shù)據(jù)） | 6 字節(jié) | 此行版本或更新行版本的當前 TID |
t_infomask2 | uint16 | 2 字節(jié) | 屬性數(shù)量，以及各種標志位 |
t_infomask | uint16 | 2 字節(jié) | 各種標志位 |
t_hoff | uint8 | 1 字節(jié) | 用戶數(shù)據(jù)的偏移量 |
2. 空值位圖（Null Bitmap）
空值位圖是一個可選的部分，僅當表中有允許NULL值的列時存在。這個位圖用來標記哪些列的值是NULL。每個位對應一個列，如果某一位被設置，則表示相應的列是NULL。
3. 用戶數(shù)據(jù)（User Data）
用戶數(shù)據(jù)部分包含實際的字段值。這些值按照表定義中列的順序排列。對于固定長度的數(shù)據(jù)類型（如int4），直接存儲在用戶數(shù)據(jù)部分；對于可變長度的數(shù)據(jù)類型（如text、varchar），則會有一個長度前綴，隨后是實際的數(shù)據(jù)。
元組增、刪、改操作介紹
1. 增（INSERT）操作
假設元組是由 txid=99 的事務插入頁面中的，這時被插入元組的首部字段設置如下：
Tuple：
- t_xmin：設置為 99，因為此元組由 txid=99 的事務所插入。
- t_xmax：設置為 0，因為此元組尚未被刪除或更新。
- t_cid：設置為 0，因為此元組是由 txid=99 的事務所執(zhí)行的第一條命令插入的。
- t_ctid：設置為 (0,1)，指向自身，因為這是該元組的最新版本。
2. 刪（DELETE）操作
圖片
假設接下來事務 txid=100 對元組進行了刪除操作。此時，刪除操作會設置如下：
Tuple（刪除后狀態(tài)）：
- t_xmin：保持為 99，表示該元組的插入事務。
- t_xmax：設置為 100，因為此元組現(xiàn)在被 txid=100 的事務刪除。
- t_cid：設置為 0，因為刪除操作是由 txid=100 事務的第一條命令執(zhí)行的。
- t_ctid：保持為 (0,1)，仍指向原元組。
死元組最終將從頁面中被移除。清除死元組的過程被稱為清理（VACUUM）過程
3. 改（UPDATE）操作
如果在 txid=101 的事務中，對該元組進行了更新操作。此時，更新操作會創(chuàng)建一個新的元組，且原元組保持不變。新元組的設置如下：
當執(zhí)行第一條UPDATE命令時，Tuple_1的t_xmax被設為txid 100，在邏輯上被刪除，然后Tuple_2被插入，接下來重寫Tuple_1的t_ctid以指向Tuple_2。Tuple_1和Tuple_2的頭部字段設置如下。
第一條 UPDATE 命令
邏輯刪除 Tuple_1：
- Tuple_1 的 t_xmax 被設置為 100（txid）。
- Tuple_1 的 t_ctid 從 (0,1) 改寫為 (0,2)，指向新插入的元組。
Tuple_1 設置：
- t_xmax: 100、 t_ctid: (0,2)
插入新元組 Tuple_2：
- Tuple_2 的 t_xmin 被設置為 100（當前事務 txid）。
- t_xmax 設置為 0（尚未被刪除或更新）。
- t_cid 設置為 0（表示這是該事務的第一條操作）。
- t_ctid 設置為 (0,2)（指向自身）。
Tuple_2 設置：
- t_xmin: 100、t_xmax: 0、t_cid: 0、t_ctid: (0,2)
第二條 UPDATE 命令
邏輯刪除 Tuple_2：
- Tuple_2 的 t_xmax 被設置為 100（當前事務 txid）。
- Tuple_2 的 t_ctid 從 (0,2) 改寫為 (0,3)，指向新插入的元組。
Tuple_2 設置：
- t_xmax: 100、t_ctid: (0,3)
插入新元組 Tuple_3：
- Tuple_3 的 t_xmin 被設置為 100（當前事務 txid）。
- t_xmax 設置為 0（尚未被刪除或更新）。
- t_cid 設置為 1（表示這是該事務的第二條操作）。
- t_ctid 設置為 (0,3)（指向自身）。
Tuple_3 設置：
- t_xmin: 100、t_xmax: 0、t_cid: 1、t_ctid: (0,3)
與刪除操作類似，如果txid=100的事務已經(jīng)提交，那么Tuple_1和Tuple_2就成了死元組，而如果txid=100的事務中止，Tuple_2和Tuple_3就成了死元組。
總結(jié)
在這個過程中，元組的狀態(tài)變化如下：
- 插入：新元組的字段由插入事務的 txid 決定。
- 刪除：刪除操作更新t_xmax，記錄刪除事務的txid。
- 更新：更新操作創(chuàng)建新的元組，新的 t_xmin 表示更新事務，并且t_cid和t_ctid 反映新的版本信息。
