MySQL高级InnoDB引擎

（一）逻辑存储结构

表空间（ibd文件），会生成ibd文件，一个mysql实例可以对应多个表空间，用于存储记录、索引等数据。

段，分为数据段（Leaf node segment）、索引段（Non-leaf node segment）、回滚段（Rollback segment）、InnoDB是索引组织表，数据段就是B 树的叶子节点，索引段即为B 树的非叶子节点。段用来管理多个Extent（区）。

区，表空间的单元结构，每个区的大小为1M。默认情况下，InnoDB存储引擎也大小为16K，即一个区中一共有64个连续的页。

页，是InnoDB存储引擎磁盘管理的最小单元，每个页的大小默认为16KB，为了保证页的连续性，InnoDB存储引擎每次从磁盘申请4-5个区。

行，InnoDB存储引擎数据是按行存放的。

Trx_id：每次对某条记录进行改动时，都会把对应的事务id赋值给trx_id隐藏列（最后一次操作事务的id）。

Roll_pointer：每次对某条记录进行改动时，都会把旧的版本写入到undo日志中，然后这个隐藏列相当于一个指针，可以通过它来找 到该记录增删改前的信息。

（二）架构

MySQL5.5版本开始，默认使用InnoDB存储引擎，它擅长事务处理，具有崩溃恢复特性，在日常开发中使用非常广泛。下面是InnoDB架构图，左边是内存结构，右边是磁盘结构。

内存结构

BufferPool：：缓冲池。是主内存中的一共区域，里面可以缓存磁盘上经常操作的真实数据，在执行增删改查操作时，先操作缓冲池中的数据（若缓冲池中没有数据，则从磁盘加载并缓存），然后再以一定频率刷新到磁盘，从而减少磁盘IO，加快处理速度。

缓冲区中以Page页为单位，底层采用链表数据结构管理Page。根据状态，将Page分为三种类型：

free page：空闲page，未被使用。

clean page：被使用page，数据没有被修改过。

dirty page：脏页，被使用page，数据被修改过，其中数据与磁盘数据产生了不一致。

Change Buffer：更改缓冲区，在5.几版本叫插入缓冲区，在8.0之后引入了Change Buffer。针对非唯一的二级索引页。在执行DML语句时，如果这些数据页在Buffer Pool中没有存在，不会直接操作磁盘，而是将数据变更缓存在Change Buffer，在以后读取数据时，再将数据合并到Buffer Pool中，再将合并后的数据刷新到磁盘中。

意义：

和聚集索引不同，二级索引时非唯一的，并且以相对随机的顺序插入二级索引。同样，删除和更改可以回影响索引树种不相邻的二级索引页，如果每一次操作磁盘，会造成大量的磁盘IO。有了Change Buffer之后，减少了磁盘IO，提高了效率。

Adaptive Hash Index：自适应hash索引，用于优化对Buffer Pool数据的查询。InnoDB存储引擎会监控对表上各索引页的查询，如果观察到hash索引可以提高速度（在不存在hash冲突时，hash索引速度快，但不适合范围查询，只能做等值匹配），则会建立hash索引，称之为自适应hash索引。

自适应hash索引，无需人工干预，是系统根据情况自动完成。

参数：adaptive_hash_index：默认开启

Log Buffer：日志缓冲区，用来保存要写入磁盘中的log日志（redo log、undo log），默认大小为16MB，日志缓冲区的日志会定期刷新到磁盘中。如果需要更新，插入或删除许多行的事务，增加日志缓冲区的大小可以节省磁盘I/O。

参数：

innodb_log_buffer_size：缓冲区大小

innodb_flush_log_at_trx_commit：日志刷新到磁盘时机。

1：日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘

0：每秒将日志写入并刷新到磁盘一次

2：日志在每次事务提交后写入，并每秒刷新到磁盘一次。

磁盘结构

System Tablespace：系统表空间时更改缓冲区的存储区域。如果表是在系统表空间而不是每个表文件或通用表空间中创建的，它也可能包含表和索引数据。（在MySQL5.x版本中害包含InnoDB数据字典，undolog等）

参数：innodb_data_file_path

File-Per-Table Tablespaces：每个表的文件表空间包含单个InnoDB的数据和索引，并存储在文件系统上的单个数据文件中。

参数：innodb_file_per_table

General Tablespaces：通过表空间，需要手动创建，通过CREATE TABLESPACES语法创建通用表空间，在创建表时，可以指定使用该表空间。

Undo Tablespaces：撤销表空间，MySQL实例在初始化时会自动创建两个默认的undo表空间（初始大小16M），用于存储undo log日志。

Temporary Tablespaces：InnoDB使用会话临时表空间和全局临时表空间。存储用户创建的临时表等数据。

Doublewrite Buffer Files：双写缓冲区，InnoDB引擎将数据页从Buffer Pool刷新到磁盘前，先将数据页写入到双写缓冲区，便于系统异常时恢复数据。

Redo Log：重做日志，是用来实现事务的持久性。该日志文件由两部分组成：重做日志缓冲（redo log buffer）以及重做日志文件（redo log），前者是在内存中，后者在磁盘中。当事务提交之后会把所有修改信息都会存到该日志中，用于在刷新脏页到磁盘时，发生错误时，进行数据恢复使用。（不会永久保存，隔一段时间会进行清理）。以循环的方式写入重做文件。

后台线程

Master Thread：核心后台线程，负责调度其他线程，还负责将缓冲池中的数据异步刷新到磁盘中，保持数据的一致性，还包括脏页的刷新、合并插入缓冲、undo页的回收。

IO Thread：在InnoDB存储引擎中大量使用了AIO来处理IO请求，这样可以极大地提高数据库的性能，而IO Thread主要负责这些IO请求的回调。

Purge Thread：主要用于回收事务已经提交了的undo log，在事务提交之后，undo log可能不用了，就用它来回收。

Page Cleaner Thread：协助Master Thread刷新脏页到磁盘的线程，它可以减轻Master Thread的工作压力，减少阻塞。

（三）事务原理

事务：事务时一组操作的集合，是一个不可分割的工作单位，事务会把所有的操作作为一个整体一起向系统提交或撤销操作请求，即这些操作要么同时成功，要么同时失败。

 原子性、一致性、持久性：redo log和undo log

隔离性：锁和MVCC

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