PostgreSQL核心揭秘(三)-元组结构

概述 在PostgreSQL中，堆元组（Heap Tuple）是表中一行数据的内部表示。每个堆元组都存储在一个页面（通常为8KB）内，并且由三个主要部分组成：HeapTupleHeaderData 结构、空值位图以及用户数据。

详细介绍

1. HeapTupleHeaderData 结构

HeapTupleHeaderData 是元组头部的数据结构，它包含了关于该元组的一些关键信息。这些信息包括事务相关的数据和一些标志位，用于多版本并发控制（MVCC）。

以下是其主要字段：

2. 空值位图（Null Bitmap）

空值位图是一个可选的部分，仅当表中有允许NULL值的列时存在。这个位图用来标记哪些列的值是NULL。每个位对应一个列，如果某一位被设置，则表示相应的列是NULL。

3. 用户数据（User Data）

用户数据部分包含实际的字段值。这些值按照表定义中列的顺序排列。对于固定长度的数据类型（如int4），直接存储在用户数据部分；对于可变长度的数据类型（如text、varchar），则会有一个长度前缀，随后是实际的数据。

元组增、删、改操作介绍

1. 增（INSERT）操作

假设元组是由 txid=99 的事务插入页面中的，这时被插入元组的首部字段设置如下：

Tuple：

• t_xmin：设置为 99，因为此元组由 txid=99 的事务所插入。
• t_xmax：设置为 0，因为此元组尚未被删除或更新。
• t_cid：设置为 0，因为此元组是由 txid=99 的事务所执行的第一条命令插入的。
• t_ctid：设置为 (0,1)，指向自身，因为这是该元组的最新版本。

2. 删（DELETE）操作

假设接下来事务 txid=100 对元组进行了删除操作。此时，删除操作会设置如下：

Tuple（删除后状态）：

• t_xmin：保持为 99，表示该元组的插入事务。
• t_xmax：设置为 100，因为此元组现在被 txid=100 的事务删除。
• t_cid：设置为 0，因为删除操作是由 txid=100 事务的第一条命令执行的。
• t_ctid：保持为 (0,1)，仍指向原元组。

死元组最终将从页面中被移除。清除死元组的过程被称为清理（VACUUM）过程

3. 改（UPDATE）操作

如果在 txid=101 的事务中，对该元组进行了更新操作。此时，更新操作会创建一个新的元组，且原元组保持不变。新元组的设置如下：

当执行第一条UPDATE命令时，Tuple_1的t_xmax被设为txid 100，在逻辑上被删除，然后Tuple_2被插入，接下来重写Tuple_1的t_ctid以指向Tuple_2。Tuple_1和Tuple_2的头部字段设置如下。

第一条 UPDATE 命令

逻辑删除 Tuple_1：

• Tuple_1 的 t_xmax 被设置为 100（txid）。
• Tuple_1 的 t_ctid 从 (0,1) 改写为 (0,2)，指向新插入的元组。

Tuple_1 设置：

• t_xmax: 100、 t_ctid: (0,2)

插入新元组 Tuple_2：

• Tuple_2 的 t_xmin 被设置为 100（当前事务 txid）。
• t_xmax 设置为 0（尚未被删除或更新）。
• t_cid 设置为 0（表示这是该事务的第一条操作）。
• t_ctid 设置为 (0,2)（指向自身）。

Tuple_2 设置：

• t_xmin: 100、t_xmax: 0、t_cid: 0、t_ctid: (0,2)

第二条 UPDATE 命令

逻辑删除 Tuple_2：

• Tuple_2 的 t_xmax 被设置为 100（当前事务 txid）。
• Tuple_2 的 t_ctid 从 (0,2) 改写为 (0,3)，指向新插入的元组。

Tuple_2 设置：

• t_xmax: 100、t_ctid: (0,3)

插入新元组 Tuple_3：

• Tuple_3 的 t_xmin 被设置为 100（当前事务 txid）。
• t_xmax 设置为 0（尚未被删除或更新）。
• t_cid 设置为 1（表示这是该事务的第二条操作）。
• t_ctid 设置为 (0,3)（指向自身）。

Tuple_3 设置：

• t_xmin: 100、t_xmax: 0、t_cid: 1、t_ctid: (0,3)

与删除操作类似，如果txid=100的事务已经提交，那么Tuple_1和Tuple_2就成了死元组，而如果txid=100的事务中止，Tuple_2和Tuple_3就成了死元组。

总结

在这个过程中，元组的状态变化如下：

• 插入：新元组的字段由插入事务的 txid 决定。
• 删除：删除操作更新t_xmax，记录删除事务的txid。
• 更新：更新操作创建新的元组，新的 t_xmin 表示更新事务，并且t_cid和t_ctid 反映新的版本信息。