MySQL中varchar与char的区别及其底层存储原理探析

答案:CHAR是固定长度类型,适合存储长度固定的值,如哈希值、编码等,存取效率高且不易产生碎片;VARCHAR是可变长度类型,仅占用实际数据所需空间,适合存储长度不一的文本,节省存储但可能因更新引发行迁移。选择取决于数据长度是否固定、更新频率、索引需求及字符集影响,核心是在空间利用率与性能间权衡。

mysql中varchar与char的区别及其底层存储原理探析

MySQL中,

VARCHAR

CHAR

最核心的区别在于它们的存储方式:

CHAR

是固定长度的,无论你存入的数据有多长,它都会占用声明时指定的最大长度空间;而

VARCHAR

是可变长度的,它只占用实际存储数据所需的空间,外加一个或两个字节来记录数据的实际长度。这种差异直接影响着存储效率、查询性能乃至数据处理的细微行为。简单来说,

CHAR

以空间换时间,

VARCHAR

则致力于节省空间,但可能引入一点点额外的处理开销。

CHAR

VARCHAR

的选择,说到底,就是对存储空间和性能开衡量的艺术。我个人在设计数据库时,对这两个数据类型一直有着一番思考。

先说说

CHAR

吧。当你定义一个

CHAR(10)

的字段时,无论你存入“hello”还是“world_test”,它在磁盘上都会占用10个字节。如果数据不足10个字节,MySQL会在右侧用空格填充;读取时,通常又会把这些填充的空格去除(这在不同SQL模式下行为可能略有差异,但多数情况下我们感知不到)。这种固定长度的特性,让MySQL在处理

CHAR

类型的数据时效率很高,因为它知道每条记录的这个字段在哪里结束,无需额外计算。对于那些长度总是固定不变的数据,比如MD5哈希值(

CHAR(32)

)、SHA1值(

CHAR(40)

)、国家代码(

CHAR(2)

)或者一些内部的状态码,

CHAR

无疑是更优的选择。它能提供更快的存取速度,并且在内存中分配也是固定大小,减少了变长数据可能带来的内存碎片问题。

VARCHAR

,它就显得“灵活”多了。定义一个

VARCHAR(255)

的字段,如果你存入“hello”,它实际只占用5个字节的数据空间,外加1个字节来记录这个“5”的长度信息。如果数据长度超过255个字节(当然,这取决于字符集,UTF8MB4下255个字符可能远超255字节),就需要2个字节来记录长度了。这种按需分配的存储方式,在处理像姓名、地址、文章标题这类长度不定的文本数据时,能显著节省存储空间。想象一下,如果一个字段可能存入短短几个字的标题,也可能存入几十个字的描述,用

CHAR

就会造成大量的空间浪费。

VARCHAR

的这种节省空间特性,对于大型数据库来说,意味着更少的磁盘I/O,因为更多的数据可以被塞进一个数据页,从而提高整体的查询效率。但它也有其代价:每次读写都需要额外处理长度字节,而且当

VARCHAR

字段的数据长度发生变化时,尤其是在更新操作导致数据变长时,可能会引发行迁移(row migration)或页分裂(page split),这会增加I/O开销,影响性能。

从底层存储原理来看,InnoDB存储引擎在处理这两种类型时,也有一些值得注意的地方。对于

CHAR

类型,由于其固定长度,InnoDB在数据页上会为该字段预留固定的空间。这使得数据的物理存储非常规整,查找起来也更直接。对于

VARCHAR

,InnoDB的

COMPACT

DYNAMIC

等行格式对其处理方式有所不同。

DYNAMIC

COMPRESSED

行格式在处理大

VARCHAR

字段时,会将部分数据存储在溢出页(off-page storage)中,而不是直接存储在数据行内,这有助于保持数据行较小,减少行迁移的发生,但也会增加访问这些溢出数据的开销。字符集的影响也至关重要,比如

UTF8MB4

字符集下,一个字符可能占用1到4个字节。所以,

VARCHAR(100)

UTF8MB4

下,其最大实际存储字节数可能是400字节,加上长度字节,实际占用的空间会更多。

MySQL中,选择CHAR还是VARCHAR对性能有什么影响?

在我看来,

CHAR

VARCHAR

对性能的影响,是一个典型的“看场景”问题,没有绝对的优劣。

首先,对于

CHAR

类型,由于其固定长度的特性,在数据存取时,MySQL无需额外计算或解析长度信息,可以直接定位到字段的起始和结束位置。这种确定性使得

CHAR

在某些情况下表现出更好的性能,尤其是在查询、排序和索引操作中。比如,如果你有一个

CHAR(32)

的字段作为主键或频繁查询的索引列,由于索引的键值长度固定,索引树的遍历会更加高效,内存分配也更稳定。此外,

CHAR

字段在更新时,即使数据长度发生变化(比如从“a”更新为“b”),也不会导致存储空间的实际变化,因此不会引发行迁移或页分裂,这对于高并发的更新操作来说,是一个潜在的优势。

然而,

CHAR

的缺点在于可能造成的空间浪费。如果你的数据长度远小于声明的长度,那么这些被填充的空格就白白占用了磁盘空间,也增加了I/O的负担,因为需要读取更多无用的数据。在数据量庞大的表中,这种空间浪费积累起来可能非常可观,反而会降低整体性能,因为更少的数据能被缓存到内存中,导致更多的磁盘I/O。

再看

VARCHAR

类型,它的优势在于节省存储空间。对于长度变化大的数据,

VARCHAR

只存储实际数据,这能显著减少数据文件的体积。文件小了,意味着在同样的数据页中能存放更多行数据,从而减少磁盘I/O操作,提高缓存命中率。这对于读取操作来说,往往能带来整体性能的提升。

VARCHAR

性能劣势也显而易见。每次读取或写入时,MySQL都需要额外处理1到2个字节的长度信息。虽然这开销很小,但在海量数据和高并发场景下,累积起来也不容忽视。更重要的是,当

VARCHAR

字段的数据更新后,如果新数据的长度超过了旧数据的长度,并且在当前数据页上没有足够的连续空间来容纳,那么MySQL就可能需要进行行迁移。行迁移意味着将整行数据移动到新的数据页,并在原位置留下一个指向新位置的“指针”。频繁的行迁移会导致数据碎片化,降低数据访问效率,因为查询一行数据可能需要访问多个数据页。这在更新频繁、且数据长度波动大的场景下,对性能的影响是比较明显的。索引方面,

VARCHAR

索引的键值长度不固定,理论上会比

CHAR

索引略慢,但在实际应用中,这种差异往往微乎其微,远不如存储空间和行迁移的影响来得大。

所以,在选择时,我通常会权衡:数据长度是否固定?是否会频繁更新?数据量有多大?如果数据长度固定且不长,

CHAR

可能更优;如果数据长度可变且可能较长,

VARCHAR

几乎是必然的选择,但要警惕更新带来的行迁移问题。

VARCHAR的最大长度限制是65535,这具体指什么?

关于

VARCHAR

的65535字节限制,这是一个经常被误解的地方。很多人以为这意味着一个

VARCHAR

字段可以存储65535个字符,或者说它能单独占用65535字节。但实际上,这个限制指的是一张表的所有

VARCHAR

TEXT

BLOB

等可变长字段,在单行数据中,它们所能占用的最大总存储字节数(不包括那些真正存储在溢出页中的大对象数据)。换句话说,65535字节是MySQL一个数据行能够存储的最大物理长度,而不是单个

VARCHAR

字段的字符数上限。

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这个限制是针对整个数据行的,并且它还包括了

VARCHAR

字段本身用于存储长度信息的1或2个字节。具体来说:

行总长度限制: MySQL的每个数据行(不包括

BLOB

TEXT

类型存储在溢出页的部分)不能超过65535字节。这意味着你表中的所有列(

CHAR

INT

DATE

等固定长度的,以及

VARCHAR

VARBINARY

等可变长度的)加起来的总字节数不能超过这个限制。字符集影响:

VARCHAR

的长度是按字符计算的,但其占用的字节数取决于所使用的字符集。例如,如果你的字段是

VARCHAR(255)

并使用了

UTF8MB4

字符集,那么一个字符最多可能占用4个字节。所以,

VARCHAR(255)

实际上可能占用

255 * 4 = 1020

字节,再加上1或2字节的长度前缀。显然,你不可能在一个

UTF8MB4

字符集的

VARCHAR

字段中定义

VARCHAR(65535)

,因为

65535 * 4

远远超出了65535字节的行限制。实际上,对于

UTF8MB4

,单个

VARCHAR

字段能存储的最大字符数大约是16383个字符(

65535 / 4 ≈ 16383

),再减去长度字节。长度前缀: 如果

VARCHAR

字段的声明长度小于或等于255字节,MySQL会用1个字节来存储其实际长度。如果声明长度大于255字节(且小于65535字节),则需要2个字节来存储实际长度。这个长度字节也计入65535字节的总限制。溢出页存储(Off-Page Storage): 对于InnoDB存储引擎,当一个

VARCHAR

字段非常大,以至于它会导致数据行超过65535字节的限制时,或者当它本身就超过了数据页的某个阈值时(比如半页大小),InnoDB会选择将这个大字段的部分或全部数据存储到溢出页(off-page storage)中。在这种情况下,数据行中只会存储一个指向溢出页的20字节指针,而不是实际的数据。这意味着,虽然单个

VARCHAR

字段的字符数可以非常大(理论上可以达到

TEXT

类型的限制),但行内存储的只是一个指针,从而满足了65535字节的行内限制。但这仅适用于

DYNAMIC

COMPRESSED

行格式。

所以,当你在设计表结构时,看到

VARCHAR

的65535字节限制,更应该把它理解为所有可变长字段的总和,以及它们在行内存储的上限,并结合字符集来计算实际的字节占用。如果你确实需要存储超过这个限制的单个大文本,

TEXT

BLOB

类型才是正确的选择,因为它们天生就是为溢出页存储设计的。

在实际开发中,如何根据业务场景合理选择CHAR和VARCHAR?

在实际的数据库设计中,选择

CHAR

还是

VARCHAR

,我通常会遵循几个原则,结合具体的业务场景来做决策。这不仅仅是技术上的选择,更是对未来数据增长、系统性能以及维护成本的一种预判。

1. 优先考虑数据长度的确定性:

如果数据长度总是固定不变的:毫无疑问,选择

CHAR

。这是

CHAR

最理想的应用场景。例如:

MD5哈希值

CHAR(32)

UUID(不带分隔符)

CHAR(32)

国家代码(如ISO 3166-1 alpha-2):

CHAR(2)

邮政编码(如果你的业务场景中邮编长度是固定的):

CHAR(6)

CHAR(7)

性别

CHAR(1)

(’M’或’F’)。固定长度的内部编码或状态码。使用

CHAR

可以确保存储空间的统一,提高存取效率,并且在索引上表现更优。

如果数据长度可变,且变化范围较大:这时,

VARCHAR

几乎是唯一的选择。例如:

用户姓名

VARCHAR(100)

地址

VARCHAR(255)

文章标题或描述

VARCHAR(255)

甚至更大。评论内容

VARCHAR(500)

TEXT

VARCHAR

能有效节省存储空间,避免大量无效空格的存储,从而减少磁盘I/O。

2. 关注字段的更新频率和数据增长模式:

如果字段内容很少更新,或者更新后长度基本不变

VARCHAR

是一个很好的选择。即使数据长度有微小变化,也不会频繁触发行迁移。如果字段内容会频繁更新,并且更新后长度可能大幅度增长:这时需要特别小心

VARCHAR

。频繁的长度增长可能导致行迁移和数据碎片化,严重影响性能。在这种极端情况下,有时我会考虑预留比实际数据稍大的

VARCHAR

长度,以减少更新时的行迁移,或者干脆考虑使用

TEXT

类型,让MySQL自动处理溢出存储。

3. 考虑索引和查询效率:

作为索引列时

CHAR

索引由于键值长度固定,理论上性能会略优于

VARCHAR

索引。但在大多数现代系统中,这种差异微乎其微。更重要的是索引列的选择性长度本身。如果

VARCHAR

字段的实际数据长度很短,且选择性高,那么它作为索引列也是非常高效的。前缀索引:对于很长的

VARCHAR

字段,为了节省索引空间和提高效率,我们通常会创建前缀索引,例如

INDEX(col_name(10))

。这在

CHAR

上就不太需要,因为其本身就是固定长度。

4. 字符集的影响:

始终要记住字符集对字节数的影响。

VARCHAR(N)

中的

N

是字符数,不是字节数。

UTF8MB4

字符集下,一个字符最多占4字节。所以,定义

VARCHAR(255)

时,要清楚它在最坏情况下可能占用

255 * 4 = 1020

字节,加上长度字节,远超255字节。这会影响到整个行的长度限制。

5. 避免过度优化或过度保守:

不要为了节省几个字节而牺牲可读性和可维护性。例如,一个明显是变长的数据,没必要强行用

CHAR

,然后通过应用程序去补齐或截断。也不要过度保守,给

VARCHAR

设置一个远超实际需求的巨大长度。虽然

VARCHAR

只存储实际数据,但声明的长度过大,会影响内存分配(在某些操作中,MySQL可能会根据声明长度分配内存),并且在某些情况下,过大的声明长度可能会阻止MySQL进行某些优化。例如,

VARCHAR(255)

只需要1个字节存储长度,而

VARCHAR(256)

就需要2个字节。

总结一下,我个人的经验是:对于固定长度、长度较短且频繁用作索引或查询条件的字段,倾向于使用

CHAR

。对于绝大多数文本数据,特别是长度不确定、变化范围大的字段,果断选择

VARCHAR

。对于那些特别长、且不常作为查询条件的文本,如文章正文、大段描述,则会考虑使用

TEXT

类型。核心思想是根据数据本身的特性和业务需求,做出最平衡的选择。

以上就是MySQL中varchar与char的区别及其底层存储原理探析的详细内容,更多请关注创想鸟其它相关文章!

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