教学数据库项目地址：MiniDB（欢迎参与完善，可以给个star/fork）
上一篇讲了数据库为什么要用 Page。
Page 是数据库存储层的基本读写单位。数据库不会每次只读写一行，而是把数据组织成固定大小的页，比如 MiniDB 里使用的 8KB page。
但知道了 Page 还不够。下一个问题是：一张表到底怎么放在磁盘上？
比如有一张表：
sql
CREATE TABLE users (
id INT,
name TEXT,
age INT
);插入几行数据：
sql
INSERT INTO users VALUES (1, 'Alice', 20);
INSERT INTO users VALUES (2, 'Bob', 21);
INSERT INTO users VALUES (3, 'Cindy', 22);这些数据最终不会以"表格"的样子存在磁盘上。磁盘上没有 Excel 那种行列结构。数据库会把这张表拆成很多 page，再把 tuple 放进这些 page 里。
这一组 page 组成的文件，通常就叫 Heap File。
Heap File 是什么
Heap File 可以先简单理解成：一张表对应的一组数据页。
它不要求数据按主键排序，也不要求按某个索引顺序排列。新插入的 tuple 通常会被放到某个还有空间的 page 里。如果没有合适的 page，就分配新 page。
大致结构是这样：
#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M p{margin:0;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .label text,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .node rect,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .node circle,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .node ellipse,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .node polygon,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .rough-node .label text,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .node .label text,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .image-shape .label,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .rough-node .label,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .node .label,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .image-shape .label,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .icon-shape,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .icon-shape p,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-J9lvwQDgw30Zwu0M :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} users table
Heap File
Page 0
8KB
Page 1
8KB
Page 2
8KB
slot 0: user id=1
slot 1: user id=2
slot 0: user id=3
这个结构里有几个重点：
text
一张表不是一个连续数组
一张表由很多 page 组成
每个 page 里有多个 slot
每个 slot 指向一条 tuple
tuple 的位置由 page_id + slot_id 定位这个 page_id + slot_id 就是数据库里常见的 RecordId 或 RID。
RID：数据库内部定位一行的方式
应用层看一行数据，通常会用主键：
sql
SELECT * FROM users WHERE id = 1;但数据库内部不一定直接用主键定位物理位置。主键只是逻辑概念。真正找到 tuple 时，底层需要知道它在哪个 page、哪个 slot。
所以很多数据库会使用类似这样的地址：
text
RID = page_id + slot_id例如：
text
RID(page_id=3, slot_id=7)意思是：
text
去第 3 个 page
找到第 7 个 slot
slot 指向那条 tuple用 Mermaid 表示：
#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D p{margin:0;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .label text,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .node rect,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .node circle,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .node ellipse,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .node polygon,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .rough-node .label text,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .node .label text,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .image-shape .label,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .rough-node .label,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .node .label,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .image-shape .label,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .icon-shape,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .icon-shape p,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-rp6TuWbPtrpVZD9D :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} RID
page_id=3
slot_id=7
Page 3
Slot 7
Tuple Data
为什么不直接记录文件偏移？
比如直接记录：
text
offset = 123456看起来也能定位数据。但问题是，tuple 可能会因为更新、压缩、清理而在 page 内部移动。只要外部直接依赖物理偏移，tuple 一动，所有引用都要更新。
RID 的好处是：slot_id 可以保持稳定，tuple 在 page 内部怎么移动，是 page 自己的事情。
也就是说，外部只认 slot，page 内部再通过 slot 找真实 tuple。
这就是 line pointer / slot array 的价值。下一篇会专门讲 page 内部结构，这里先记住：RID 是表、索引、执行器之间传递物理位置的核心。
Heap File 为什么叫 Heap
这里的 heap 不是堆排序里的 heap，也不是程序运行时的堆内存。
在数据库语境里，heap 更接近"无序存放"的意思。
Heap File 里的数据通常不保证按主键顺序排列。比如你插入：
sql
INSERT INTO users VALUES (10, 'Tom', 18);
INSERT INTO users VALUES (2, 'Bob', 20);
INSERT INTO users VALUES (7, 'Jack', 19);磁盘上的物理顺序不一定是：
text
2, 7, 10更可能是插入顺序，或者由空闲空间决定：
text
10, 2, 7如果你需要按 id 快速查找，就需要索引。索引会保存 key 到 RID 的映射：
text
id=2 -> RID(page=0, slot=1)
id=7 -> RID(page=0, slot=2)
id=10 -> RID(page=0, slot=0)可以这样理解：
#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy p{margin:0;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .label text,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .node rect,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .node circle,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .node ellipse,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .node polygon,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .rough-node .label text,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .node .label text,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .image-shape .label,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .rough-node .label,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .node .label,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .image-shape .label,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .icon-shape,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .icon-shape p,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-UDql6hqWi3seo5Dy :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} B+Tree Index
key = id
id=2
id=7
id=10
RID(page=0, slot=1)
RID(page=0, slot=2)
RID(page=0, slot=0)
Heap File
Heap File 负责存真实数据，索引负责加速查找。
这也是关系型数据库里非常核心的分工：
text
Heap 存 row
Index 存 key -> row locationMiniDB 也是这种设计。表数据放在 heap storage 里，B+Tree 索引保存 IndexKey -> RecordId 的映射。
插入一行时，Heap File 做了什么
现在看一次插入。
sql
INSERT INTO users VALUES (4, 'David', 23);从存储层看，它不是简单 append 到文件末尾。Heap File 需要做几件事。
第一，找一个有足够空间的 page。
text
这个 page 还能不能放下一条 tuple？
如果可以，放进去。
如果不可以，找下一个 page。
如果都不行，分配新 page。第二，在 page 里分配一个 slot。
text
slot_id = page.allocate_slot()第三，把 tuple 写入 page 内部的空闲区域。
第四，返回 RID。
text
RID(page_id, slot_id)这条 RID 会被上层用来维护索引。比如这张表有一个 id 索引，那么插入 heap 后，还要往 B+Tree 里插入：
text
IndexKey(id=4) -> RID(page_id, slot_id)流程大致是：
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no
INSERT tuple
Find page with free space
Has enough space?
Use existing page
Allocate new page
Allocate slot
Write tuple data
Return RID
Insert index entries
这就是为什么插入一行数据不只是"写文件"。它至少涉及：
text
HeapFile
Page
Slot
RID
Index
WAL
Transaction
BufferPool这里先只讲 HeapFile，后面会继续把 WAL、索引和事务补上。
删除一行时，Heap File 不能马上把它抹掉
删除看起来也很简单：
sql
DELETE FROM users WHERE id = 2;如果是普通文件，我们可能会直接把这段数据删掉。但数据库不能这么做，尤其是在支持 MVCC 的数据库里。
原因是：可能还有旧事务正在读这条数据。
例如：
text
T1 开始事务，读取 users
T2 删除 id=2 并提交
T1 再次读取 users在 Snapshot Isolation 下，T1 应该还能看到它事务开始时可见的数据。也就是说，虽然 T2 已经删除了 id=2，但对 T1 来说，这条旧版本仍然存在。
所以删除通常不会立刻物理移除 tuple，而是标记它被哪个事务删除了。
在 MVCC 系统里，一条 tuple 可能有：
text
xmin：创建它的事务
xmax：删除或失效它的事务删除时设置 xmax：
text
tuple.xmax = deleting_txn_id这条 tuple 什么时候真的可以清理？
要等到没有任何旧 snapshot 还可能看到它。
流程可以理解成：
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no
DELETE tuple
Set xmax
Old snapshot may still see it?
Keep tuple in page
Mark as dead
VACUUM / pruning
Space reusable
所以 Heap File 不是简单存储容器。它必须和事务系统配合，决定 tuple 当前对谁可见。
MiniDB 的 heap storage 也支持这种 MVCC 风格：tuple 带有 xmin/xmax，事务通过 snapshot 判断版本是否可见。删除时不是立即把数据从 page 中抹掉，而是进入 MVCC 可见性判断和后续 GC/pruning 流程。
更新一行其实更像"插入新版本"
再看更新：
sql
UPDATE users SET age = 24 WHERE id = 4;直觉上，我们可能会把原来的 age=23 改成 age=24。
但在 MVCC 数据库里，更新通常不是原地覆盖，而是：
text
旧版本标记失效
新版本插入出来
两个版本之间建立关系大概是：
text
old tuple: id=4, age=23, xmax=T2
new tuple: id=4, age=24, xmin=T2旧事务可能还需要看到旧版本，新事务应该看到新版本。
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age=23
New Version
age=24
xmax = update_txn
xmin = update_txn
这就是为什么 Heap File 需要支持 version chain。
对于 MiniDB 来说，这一点尤其重要。MiniDB 支持 version-chain traversal 和 HOT-style same-page updates。也就是说，更新并不是单纯覆盖原 tuple，而是维护版本之间的关系，并通过事务 snapshot 判断应该返回哪个版本。
Heap File 和索引的关系
Heap File 存真实 tuple。索引存 key 到 RID 的映射。
比如：
sql
CREATE INDEX idx_users_id ON users(id);插入一行：
sql
INSERT INTO users VALUES (4, 'David', 23);Heap File 返回：
text
RID(page=5, slot=2)索引就插入：
text
id=4 -> RID(page=5, slot=2)查询时：
sql
SELECT * FROM users WHERE id = 4;数据库可以先走索引：
text
id=4 -> RID(page=5, slot=2)然后再去 Heap File 取真实 tuple。
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B+Tree Index
RID(page=5, slot=2)
Heap File
Tuple: id=4, name=David, age=23
这也解释了为什么 RID 很重要。
索引不直接保存完整行。它通常保存 key 和 RID。RID 是索引回到 heap 的桥梁。
当然，如果查询需要的列都在索引里，数据库有时可以走 IndexOnlyScan。但在 MVCC 数据库里，IndexOnlyScan 还要处理可见性问题，不能简单地只读索引。这一块后面会单独讲。
Heap File 怎么找有空间的 page
插入 tuple 时，Heap File 需要找到一个有足够空间的 page。
最笨的办法是从头扫：
text
Page 0 有空间吗？
Page 1 有空间吗？
Page 2 有空间吗？
...这当然可以，但表大了以后会很慢。
现代数据库通常会维护类似 Free Space Map 的结构，记录哪些 page 还有多少空闲空间。插入时先查 FSM，快速找到可能放得下 tuple 的 page。
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no
New tuple
Free Space Map
Candidate page
Enough space?
Write tuple
Try another page / allocate new page
MiniDB 的 heap files 也有 FSM，用来辅助插入时选择 page。这比每次从头扫描 heap file 更接近真实数据库的做法。
Heap File 需要和 Buffer Pool 配合
Heap File 自己并不直接操作磁盘文件。它通常会通过 Buffer Pool 访问 page。
读取 tuple：
text
HeapFile 根据 RID 找到 page_id
BufferPool fetch page
HeapFile 在 page 中找到 slot
读取 tuple插入 tuple：
text
HeapFile 找到目标 page_id
BufferPool fetch page
修改 page
标记 dirty
之后由 BufferPool / checkpoint 刷回 PageStore也就是说，Heap File 关心的是"表数据怎么组织"，Buffer Pool 关心的是"page 怎么在内存和磁盘之间流动"。
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BufferPool
Page in memory
PageStore
Disk / PageServer
这个分层很重要。
如果没有 Buffer Pool，Heap File 每次读写都要直接访问磁盘。性能会很差，也很难处理 dirty page、WAL-first flushing、checkpoint、eviction 等问题。
MiniDB 里也是类似分层：HeapFile 通过 BufferPool 获取和修改 page，BufferPool 再通过 PageStore 读写本地文件或远程 PageServer。
Heap File 为什么不负责排序
有人可能会问：既然表里经常按主键查，为什么 Heap File 不直接按主键排序？
可以，但那就不是普通 heap storage 了，而更接近 clustered index 或 index-organized table。
Heap File 的优点是简单、通用：
text
插入快
不依赖某个排序键
适合多索引
更新和删除可以通过 RID 定位缺点是：
text
按条件查找通常需要索引
按顺序扫描时没有主键顺序保证
空间清理需要 VACUUM / GC很多数据库会选择 heap + secondary index 的组合，因为它足够通用。
MiniDB 当前也是这种路线：表数据在 heap 中，索引用 B+Tree 维护 key 到 RecordId 的映射。
Heap File 在 MiniDB 中的角色
MiniDB 的存储层大致可以这样理解：
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Executor
HeapFile
B+Tree Index
Heap Page
BufferPool
PageStore
TransactionManager
WALManager
HeapFile 处在一个很核心的位置。
它向上服务 SQL 执行器：
text
SeqScan 需要从 HeapFile 扫描 tuple
InsertExecutor 需要向 HeapFile 插入 tuple
UpdateExecutor 需要在 HeapFile 中生成新版本
DeleteExecutor 需要在 HeapFile 中标记 tuple 删除它向下依赖 BufferPool 和 PageStore：
text
读 page
写 page
标记 dirty
刷盘它还要和事务系统配合：
text
判断 tuple 可见性
设置 xmin / xmax
维护版本链
支持 rollback
支持 GC / pruning它还要和索引配合：
text
插入 tuple 后维护 index entry
更新索引列时更新 index
删除 tuple 后处理 index 可见性所以 HeapFile 不是一个普通文件封装。它是关系型数据库存储层的核心结构之一。
为什么这一层值得单独学习
很多人学数据库时会先看 SQL 优化器或 B+Tree，因为这些更容易被看见。
但 Heap File 其实更基础。
没有 Heap File，就没有稳定的 RID。
没有 RID，索引就不知道怎么指向真实数据。
没有 page 和 slot，tuple 的移动、删除、更新都会很麻烦。
没有 MVCC tuple header，事务就不知道谁能看到哪个版本。
没有 FSM，插入时找空闲空间会越来越慢。
没有 VACUUM，删除和更新留下的旧版本会一直膨胀。
所以 Heap File 是很多模块的交汇点：
text
Page
Buffer Pool
Transaction
MVCC
Index
WAL
VACUUM它看起来没有优化器那么"聪明"，但数据库的正确性和可靠性很大一部分都压在这里。
小结
Heap File 是数据库表数据的基本组织方式。
它把一张表拆成很多 page，每个 page 里有多个 slot，每条 tuple 通过 page_id + slot_id 形成 RID。索引通过 RID 回到 heap 找真实数据。插入、删除、更新都不是简单文件操作，而是要和 page、Buffer Pool、MVCC、WAL、索引一起工作。
MiniDB 的存储层采用的就是这种思路：
text
表数据放在 HeapFile
HeapFile 由多个 Page 组成
Page 内部通过 slot 管理 tuple
tuple 通过 xmin/xmax 支持 MVCC
索引保存 IndexKey -> RecordId
BufferPool 负责缓存 page
PageStore 负责本地或远程持久化下一篇会继续往 page 内部走，讲 Page Header、Line Pointer、Slot Array 和 Tuple Data。理解了这些，才能真正看懂一条记录在数据库页里是怎么存放、移动、删除和更新的。