再聊一下那SQL Server 行不能跨页的事

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发布时间：2023-01-09 16:11:50

来源：一线码农聊技术

一：背景

1. 讲故事

上一篇写完了之后，马上就有朋友留言对记录行的 8060byte 限制的疑惑，因为他的表记录存储了大量的文章，存储文章的字段类型用的是 nvarchar(max)，长度很显然是超过 8060byte 的，请问这个底层是怎么破掉 8060byte 的限制的?

说实话这是一个好问题，本质上来说 8060byte 的限制肯定是不能破掉的，如果让我处理的话肯定是将文章的数据分摊在多个数据页上, 那是不是如我所想呢？我们观察一下就好。

二：观察大字段数据的布局

1. 对 nvarchar(max) 的理解

玩过 sqlserver 的朋友都知道，新一代的 sqlserver 版本已经用 varchar(max) 和 nvarchar(max) 替代了早期的 text 和 ntext，理论上这种类型最大可存储 2 的 31 次方 - 1，大概就是 2G，接下来我们像 nvarchar(max) 插入 1w 个字符，大概 20k 的数据，向上取整的话应该会用 3 个数据页来承载，测试代码如下：

USE MyTestDB
GO
CREATE TABLE t7 (a INT IDENTITY, b NVARCHAR(MAX))
GO

INSERT INTO t7 VALUES(REPLICATE(CAST( 'x' AS NVARCHAR(max)),10000))

SELECT LEN(b) FROM t7;

DBCC TRACEON(3604)
DBCC IND(MyTestDB,t7,-1)

从图中看居然有 4 个数据页，这就很奇怪了，等一会我们再解惑，先来简单看一下，一个是 In-row data，也叫做行内数据，是一个普通数据页，三个是 LOB data ，即大值数据（ Large Object Data ），这是一种专门的LOB数据页，看样子这 1w 个 x 应该是分摊到这 3 个 LOB data 数据页上，是不是这样我们用 DBCC PAGE 把四个数据页的内容导出来看一看便知。

PAGE: (1:464)

Page @0x00000175CBB46000

m_pageId = (1:464)                  m_headerVersion = 1                 m_type = 1
m_typeFlagBits = 0x0                m_level = 0                         m_flagBits = 0x8000
m_objId (AllocUnitId.idObj) = 202   m_indexId (AllocUnitId.idInd) = 256 
Metadata: AllocUnitId = 72057594051166208                                
Metadata: PartitionId = 72057594044022784                                Metadata: IndexId = 0
Metadata: ObjectId = 1637580872     m_prevPage = (0:0)                  m_nextPage = (0:0)
pminlen = 8                         m_slotCnt = 1                       m_freeCnt = 8031
m_freeData = 159                    m_reservedCnt = 0                   m_lsn = (38:2936:61)
m_xactReserved = 0                  m_xdesId = (0:0)                    m_ghostRecCnt = 0
m_tornBits = 0                      DB Frag ID = 1        

DATA:

000000482E3F8000:   01010000 00800001 00000000 00000800 00000000  ....................
000000482E3F8014:   00000100 ca000000 5f1f9f00 d0010000 01000000  ........_...........
...
000000482E3F808C:   01000001 00000020 4e0000c8 01000001 00000000  ....... N...........
000000482E3F80A0:   00007800 78007800 78007800 78007800 78007800  ..x.x.x.x.x.x.x.x.x.
000000482E3F80B4:   78007800 78007800 78007800 78007800 78007800  x.x.x.x.x.x.x.x.x.x.
...
000000482E3F9FCC:   78007800 78007800 78000000 21212121 21212121  x.x.x.x.x...!!!!!!!!
000000482E3F9FE0:   21212121 21212121 21212121 21212121 21212121  !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
000000482E3F9FF4:   21212121 21212121 21216000                    !!!!!!!!!!`.

OFFSET TABLE:

Row - Offset                        
0 (0x0) - 96 (0x60)   


PAGE: (1:456)
DATA:
Memory Dump @0x00000048355F8000

000000483A478000:   01030000 00800001 00000000 00000000 00000000  ....................
000000483A478014:   00000100 cb000000 4010be0f c8010000 01000000  ........@...........
000000483A478028:   26000000 780b0000 24000000 00000000 00000000  &...x...$...........
000000483A47803C:   00000000 01000000 00000000 00000000 00000000  ....................
000000483A478050:   00000000 00000000 00000000 00000000 08005e0f  ..................^.
000000483A478064:   0000f306 00000000 03007800 78007800 78007800  ..........x.x.x.x.x.
...
000000483A479FA4:   00780078 00780078 00780000 00626262 62626262  .x.x.x.x.x...bbbbbbb
000000483A479FB8:   62626262 62626262 62626262 62626262 62626262  bbbbbbbbbbbbbbbbbbbb
000000483A479FCC:   62626262 62626262 62626262 62020000 00002121  bbbbbbbbbbbbb.....!!
000000483A479FE0:   21212121 21212121 21212121 21212121 21212121  !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
000000483A479FF4:   21212121 21212121 21216000                    !!!!!!!!!!`.

PAGE: (1:457)
DATA:
Memory Dump @0x000000483BA78000

000000483BA78000:   01030000 00800001 00000000 00000000 00000000  ....................
000000483BA78014:   00000100 cb000000 2800d61f c9010000 01000000  ........(...........
...
000000482EDF8050:   00000000 00000000 00000000 00000000 0800761f  ..................v.
000000482EDF8064:   0000f306 00000000 03007800 78007800 78007800  ..........x.x.x.x.x.
000000483BA79FE0:   21212121 21212121 21212121 21212121 21212121  !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
000000483BA79FF4:   21212121 21212121 21216000                    !!!!!!!!!!`.

PAGE: (1:458)
DATA:
Memory Dump @0x000000483BA78000
...
000000483BA78050:   00000000 00000000 00000000 00000000 0800761f  ..................v.
000000483BA78064:   0000f306 00000000 03007800 78007800 78007800  ..........x.x.x.x.x.
...
000000483BA79FCC:   78007800 78007800 78000000 21212121 21212121  x.x.x.x.x...!!!!!!!!
000000483BA79FE0:   21212121 21212121 21212121 21212121 21212121  !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
000000483BA79FF4:   21212121 21212121 21216000                    !!!!!!!!!!`.

我相信有很多朋友很奇怪，为什么 464 号数据页也有大量的 x，其实这些 x 算是垃圾数据，可以从 m_freeCnt = 8031 上便知，这个字段表示当前数据页的 Free 空间，所以那 1w 个 x 都被 LOB 数据页吃掉了，这和文章开头的推测是一致的。

到这里算是解决了朋友的这个疑问，但你如果想打破沙锅问到底的话，肯定想知道这 4 个数据页在内存中是如何组织的，或者说如何串联的？接下来我们好好聊一聊。

2. 4 个数据页是如何组织的

观察 464号数据页是如何与 LOB 数据页发生关系的？这个就考验基础知识了，在真正的行数据之前记录了一个 FID : PID : SID 的内存存储，即：文件ID : 数据页ID : 槽位ID，可以用 WinDbg 来观察。

0:125> dp 000000482E3F8000+0x60+0x7
00000048`2e3f8067  803f0001`78000200 00000001`35000004
00000048`2e3f8077  00001f68`000006f3 00000001`000001c9
00000048`2e3f8087  000001ca`00003ed0 00004e20`00000001
00000048`2e3f8097  00000001`000001c8 78007800`78000000
00000048`2e3f80a7  78007800`78007800 78007800`78007800
00000048`2e3f80b7  78007800`78007800 78007800`78007800
00000048`2e3f80c7  78007800`78007800 78007800`78007800
00000048`2e3f80d7  78007800`78007800 78007800`78007800

简单解释一下：000000482E3F8000 是数据页在内存中的首地址， 000000482E3F8000+0x60 是数据页内第一个记录的地址，再加上 +0x7 是为了内存地址对齐。

仔细观察内存地址 000000482e3f8097 上的内容是 00000001 000001c8，它就对应着 SID (2byte), FID (2byte) ,PID (4byte) ，那 PID=0x000001c8 是多少呢？可以用 WinDbg 算一下是 456 号数据页。

0:125> ? 0x1c8
Evaluate expression: 456 = 00000000`000001c8

按照这个理论继续往前看内存地址，你会发现 00000001000001c9 和 00000001000001ca，对应着 457 号数据页和 458 号数据页。

到这里脑子里就有了一张图，大概像下面这样。

三：总结

经过本篇的分析，大家知道了 SQLSERVER 会用专门的 LOB数据页来存储这些大字段，由于数据被拆分到多个数据页上，这让 select 操作多了更多的逻辑，也会造成 C++ 代码多次在 LOB 数据页上游走，给查询性能增加了巨大的开销。

比如下面的 SQL 查询。

SET STATISTICS IO ON
SELECT * FROM t7;
SET STATISTICS IO OFF

可以发现在 LOB 数据页上游走了 7 次，再加 2 条数据观察下。

INSERT INTO t7 VALUES(REPLICATE(CAST( 'y' AS NVARCHAR(max)),10000))
INSERT INTO t7 VALUES(REPLICATE(CAST( 'z' AS NVARCHAR(max)),10000))

SET STATISTICS IO ON
SELECT * FROM t7;
SET STATISTICS IO OFF