表空间

删掉了表里一半的数据，data_free 显示有几百 MB 碎片，磁盘上的 .ibd 文件却一点没变小。为什么？因为 InnoDB 从不把释放的空间还给操作系统，只把它标记为「可复用」。理解表空间，就是理解它管理磁盘空间的这套三级结构。

1. 表空间与内部结构

1.1 表空间：InnoDB 存放数据的容器

表空间（Tablespace）是 InnoDB 在磁盘上存放数据的容器。MySQL 5.6 之后，InnoDB 把数据分散到几个不同用途的表空间文件里：

表空间	文件	存放内容
系统表空间	ibdata1	数据字典、Change Buffer、Doublewrite Buffer
独立表空间	.ibd	每张表一个文件，存该表的数据与索引
通用表空间	自定义	用户创建、多表共享
临时表空间	ibtmp1	临时表、排序中间结果
Undo 表空间	undo_001/002	Undo Log

其中独立表空间是生产默认，也是最需要理解的一个，由 innodb_file_per_table 控制：

# 独立表空间（默认开启）
innodb_file_per_table = 1

1.2 三级结构：段、区、页

一个 .ibd 文件不是把数据平铺写进去，而是按「段 → 区 → 页」三级组织：

三个层级各解决一个问题：

• 页（Page）：16KB，是磁盘 IO 和内存管理的最小单位。Buffer Pool 按页缓存、Redo Log 按页记录、崩溃恢复按页重放。
• 区（Extent）：1MB，64 个连续页。连续是关键——B+ 树相邻的页尽量落在磁盘相邻位置，把随机 IO 变成顺序 IO。
• 段（Segment）：按索引划分，一个索引一个段。聚簇索引的叶子节点与非叶子节点分属两个段（数据段与索引段），各自独立增长，互不干扰。

为什么要多出「区」这一层？如果只有页，B+ 树每次分裂新页都可能落在磁盘任意位置，叶子节点散落各处，范围扫描会退化成随机读。区强制一次申请 1MB 连续空间，让同一个索引的数据尽量连续。

2. 空间分配与碎片

2.1 空间如何分配：碎片从哪来

理解了三级结构，才能理解碎片。InnoDB 申请空间以「区」为单位，但释放空间只精确到「页」，而且释放后从不把空间还给文件：

• 删除一行，页里多出一点空闲；
• 删完整页，页被标记为「可复用」，文件大小不变；
• 只有当整个「区」都空了，区才可能被回收。

这就是开头现象的原因：删了数据，文件不缩小，只是内部出现了大量「已标记但未回收」的空闲空间。即便整个区被回收，也只是把空间还给表空间内部的空闲管理，.ibd 文件本身依然不变小——要让文件缩回去，只有下一节的重建表这一条路。

-- data_free 是已分配但未使用的空间，即碎片
SELECT
    table_name,
    ROUND(data_free / 1024 / 1024, 2) AS fragment_mb
FROM information_schema.tables
WHERE table_schema = 'mydb' AND data_free > 0
ORDER BY data_free DESC;

碎片主要有三个来源：

来源	原因
DELETE 留空洞	删除只释放页内空间，不缩文件
页分裂	随机主键（UUID）导致页反复分裂，空间利用率降到约 50%
UPDATE 行迁移	行长变大、原页放不下，数据迁到新页，旧位置留指针

2.2 回收碎片：OPTIMIZE 的本质

要真正收回碎片，不能靠 DELETE，只能重建表：

OPTIMIZE TABLE users;
-- 等价于
ALTER TABLE users ENGINE=InnoDB;

OPTIMIZE 不是「整理」现有数据，而是新建一张表、把数据一行行拷过去、再原子切换。所以它等价于重建，代价是：

• 需要一整张表的额外磁盘空间（新表与旧表并存一段时间）；
• 大表执行时间长，期间写操作可能被阻塞。

因此碎片率不高（低于 30%）时不必执行，频繁 OPTIMIZE 反而得不偿失。

3. 表空间类型

3.1 独立表空间 vs 系统表空间

对比项	独立表空间	系统表空间
文件数量	每表一个 .ibd	共享 ibdata1
空间回收	DROP TABLE 直接删文件回收	只增不减，无法回收
备份灵活性	可单表备份、单表迁移	必须整库处理
管理复杂度	文件多	文件少
适用	生产默认	仅存公共结构

这就是为什么必须开启 innodb_file_per_table = 1：数据一旦放进 ibdata1，即使删表，空间也永远占着，ibdata1 只会越来越大。

-- 查看表空间实际占用
SELECT space, name, size * 16 / 1024 AS size_mb
FROM information_schema.innodb_tablespaces
WHERE name LIKE 'mydb/%';

-- MySQL 8.0 表空间加密
ALTER TABLE users ENCRYPTION='Y';

4. 最佳实践

1. 开启 innodb_file_per_table = 1：删表可回收空间。
2. 碎片率超 30% 才 OPTIMIZE：低碎片重建不划算。
3. 监控 ibdata1：它只增不减，膨胀了只能重建整个实例。
4. 主键用自增：避免页分裂产生的碎片，见 B+ 树索引。
5. 数据敏感时用表空间加密：ALTER TABLE users ENCRYPTION='Y'。