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前言
从 Mysql 数据库角度来说，谈到存储就一定离不开字符集，只不过在我们日常开发中统一的 utf8/utf8mb4 编码，使我们常常忽略了字符集的影响，本文仅从字符集的角度来谈谈对 InnoDB 的存储设计的一点影响，以及 Mysql 是怎么兼容各种字符集的。
过一下字符集
Unicode 作为现在通用的字符集，通常采用两个字节表示一个字符，带来的副作用就是，原本采用 ASCII 字符集只需要一个字节的，却变成了 2 个字节，造成了空间浪费，而 UTF-8 编码规则，将 Unicode 编码成 1～4 个字节，ASCII 字符集继续保持了 1 个字节空间，而中文编码成了三个字节，如下图。
对存储带来了什么影响
先说明下 Mysql 中存在两种字符集 utf8 和 utf8mb4，以下例子均以 Mysql 的 utf8（1～3个字节）为例。
采用 utf8 编码的确很不错，但是也带来了一个问题，例如我在 Mysql 中定义了一个定长字符类型 char(5)：
所谓定长字符类型代表我要给 title 分配 5 个字符大小的空间，可是 utf8 每个字符可能是 1～3 个字节，我该分配多少空间合适呢？
理论上为了兼容，最好应该采用 utf8 的最大 3 个字节进行分配，也就是 5*3 = 15 个字节的空间，这样我不管以后怎么修改这个字段的值，空间都能完美满足需求，但是如果此时存储的都是英文，比如 5 个 I，就会足足浪费 10 个字节的空间，如果这列以后都存英文，那么至少会浪费 2/3 的空间。
在 Mysql5.0 之前的行格式设计中，也就是 Redundant 行格式，char(5) 的确就如上面设计占用了 15 个字节空间，随着版本的迭代，后续出来的 Compact，Dynamic，Compressed 行格式都采用了另一种设计。
在对于 utf8 这类变长编码规则的 char 类型，采用同 varchar 类型一样的存储方式，就是在前面用一个或两个字节表示该列实际占用的字节数，对应到上图存储 5 个 I 的例子，就是 05（实际占用字节数）+5 个存储 I 的字节空间。
当然，更极端点，我只存储了一个 I，这时 char(5) 就会使用 utf8 的最小字节数 1*5（char定义的字符长度）的大小作为最小分配空间，空出的 4 个字节空间用空格字符填充，也就是说，对于 title 来说，至少会分配 5 个字节空间。
上面只是对列为 char(5) 的数据进行说明，在真实数据库表中，会存在多列 varchar 或 char 类型，由上可知变长编码规则的 char 也是按 varchar 处理的，所以这些列的实际占用字节数都会逆序存放在行格式首部，被称为变长字段长度列表，而每列的数据，则是顺序存放在列值中，如下图，至于变长字段长度列表和 Null 值列表为什么是逆序的，大家有兴趣可以去想想。
带来的更新问题
采用上面的设计，在大部分情况下能省下了很多空间，也提升了查询效率，但是也带来了另一个问题，那就是更新，用两个例子说明下：
将 title 从 1个 I 更新为 5 个 I
这个很好处理，因为 char(5) 最低会分配 5 个字节空间，更改为 5 个 I，不会产生任何影响，直接更新就好。
将 title 从 5 个 I 更改为 5 个我
5 个我 = 5 * 3 = 15 个字节空间，而实际记录只有 5 个字节空间，空间不足以支撑更新，这时候的更新只能将原数据的整行记录删除，然后再新分配合适空间供其使用，看似也没什么，但是这种删 + 增实际会对页产生很多变更，这么多变更又要保证它的事务性，也就是记录 redo , undo 日志，还是挺复杂和麻烦的。
Mysql的字符集转换机制
一个请求从客户端到 Mysql 服务器，再到表，再返回给客户端，中间是经过多层字符集转换的，主要包括下面4层：
假设我们查询 title 列，并且 Mysql 各种变量以及列字符集采用上面表格的例子，那么转换如下：
当然，实际开发中，我们都会统一均采用 utf8 ，这样就有效避免了各层字符集转换带来的性能影响。
总结
随着 Mysql 性能的提升，其代码实现复杂度也显著提升，为了性能，对一种场景进行区分各种情况，再对各种情况进行不同的优化处理，已经不再陌生，所以面对这么多复杂的实现，从一个小的切入点，发现其乐趣，也是挺有意思的。
