存储引擎在MySQL的体系架构中位于第三层,负责MySQL中的数据的存储和提取,是与文件打交道的 子系统,它是根据MySQL提供的文件访问层抽象接口定制的一种文件访问机制,这种机制就叫作存储引 擎。
使用show engines命令,就可以查看当前数据库支持的引擎信息。
在5.5版本之前默认采用MyISAM存储引擎,从5.5开始采用InnoDB存储引擎。
InnoDB和MyISAM是使用MySQL时最常用的两种引擎类型,我们重点来看下两者区别
各个存储引擎特性对比
从MySQL 5.5版本开始默认使用InnoDB作为引擎,它擅长处理事务,具有自动崩溃恢复的特性,在日 常开发中使用非常广泛。下面是官方的InnoDB引擎架构图,主要分为内存结构和磁盘结构两大部分。
内存结构主要包括Buffer Pool、Change Buffer、Adaptive Hash Index和Log Buffer四大组件。
1.1):Buffer Pool:缓冲池,简称BP。BP以Page页为单位,默认大小16K,BP的底层采用链表数 据结构管理Page。在InnoDB访问表记录和索引时会在Page页中缓存,以后使用可以减少磁 盘IO操作,提升效率。
1.2):Change Buffer:写缓冲区,简称CB。在进行DML操作时,如果BP没有其相应的Page数据, 并不会立刻将磁盘页加载到缓冲池,而是在CB记录缓冲变更,等未来数据被读取时,再将数 据合并恢复到BP中。
ChangeBuffer占用BufferPool空间,默认占25%,最大允许占50%,可以根据读写业务量来 进行调整。参数innodb_change_buffer_max_size;
当更新一条记录时,该记录在BufferPool存在,直接在BufferPool修改,一次内存操作。如 果该记录在BufferPool不存在(没有命中),会直接在ChangeBuffer进行一次内存操作,不 用再去磁盘查询数据,避免一次磁盘IO。当下次查询记录时,会先进性磁盘读取,然后再从 ChangeBuffer中读取信息合并,最终载入BufferPool中。
写缓冲区,仅适用于非唯一普通索引页,为什么?
如果在索引设置唯一性,在进行修改时,InnoDB必须要做唯一性校验,因此必须查询磁盘, 做一次IO操作。会直接将记录查询到BufferPool中,然后在缓冲池修改,不会在 ChangeBuffer操作。
1.3):Adaptive Hash Index:自适应哈希索引,用于优化对BP数据的查询。InnoDB存储引擎会监 控对表索引的查找,如果观察到建立哈希索引可以带来速度的提升,则建立哈希索引,所以 称之为自适应。InnoDB存储引擎会自动根据访问的频率和模式来为某些页建立哈希索引。
1.4):Log Buffer:日志缓冲区,用来保存要写入磁盘上log文件(Redo/Undo)的数据,日志缓冲 区的内容定期刷新到磁盘log文件中。日志缓冲区满时会自动将其刷新到磁盘,当遇到BLOB 或多行更新的大事务操作时,增加日志缓冲区可以节省磁盘I/O。
LogBuffer主要是用于记录InnoDB引擎日志,在DML操作时会产生Redo和Undo日志。
LogBuffer空间满了,会自动写入磁盘。可以通过将innodb_log_buffer_size参数调大,减少 磁盘IO频率
innodb_flush_log_at_trx_commit参数控制日志刷新行为,默认为1
InnoDB磁盘主要包含Tablespaces,InnoDB Data Dictionary,Doublewrite Buffer、Redo Log 和Undo Logs。
2.1):表空间(Tablespaces):用于存储表结构和数据。表空间又分为系统表空间、独立表空间、 通用表空间、临时表空间、Undo表空间等多种类型;
CREATE TABLESPACE ts1 ADD DATAFILE ts1.ibd Engine=InnoDB; //创建表空间ts1
CREATE TABLE t1 (c1 INT PRIMARY KEY) TABLESPACE ts1; //将表添加到ts1表空间
2.2):数据字典(InnoDB Data Dictionary)
InnoDB数据字典由内部系统表组成,这些表包含用于查找表、索引和表字段等对象的元数 据。元数据物理上位于InnoDB系统表空间中。由于历史原因,数据字典元数据在一定程度上 与InnoDB表元数据文件(.frm文件)中存储的信息重叠。
2.3):双写缓冲区(Doublewrite Buffer)
位于系统表空间,是一个存储区域。在BufferPage的page页刷新到磁盘真正的位置前,会先 将数据存在Doublewrite 缓冲区。如果在page页写入过程中出现操作系统、存储子系统或 mysqld进程崩溃,InnoDB可以在崩溃恢复期间从Doublewrite 缓冲区中找到页面的一个好 备份。在大多数情况下,默认情况下启用双写缓冲区,要禁用Doublewrite 缓冲区,可以将 innodb_doublewrite设置为0。使用Doublewrite 缓冲区时建议将innodb_flush_method设 置为O_DIRECT
MySQL的innodb_flush_method这个参数控制着innodb数据文件及redo log的打开、 刷写模式。有三个值:fdatasync(默认),O_DSYNC,O_DIRECT。设置O_DIRECT表示 数据文件写入操作会通知操作系统不要缓存数据,也不要用预读,直接从Innodb Buffer写到磁盘文件。 默认的fdatasync意思是先写入操作系统缓存,然后再调用fsync()函数去异步刷数据文 件与redo log的缓存信息。
2.4):重做日志(Redo Log)
重做日志是一种基于磁盘的数据结构,用于在崩溃恢复期间更正不完整事务写入的数据。 MySQL以循环方式写入重做日志文件,记录InnoDB中所有对Buffer Pool修改的日志。当出 现实例故障(像断电),导致数据未能更新到数据文件,则数据库重启时须redo,重新把数 据更新到数据文件。读写事务在执行的过程中,都会不断的产生redo log。默认情况下,重 做日志在磁盘上由两个名为ib_logfile0和ib_logfile1的文件物理表示。
2.5):撤销日志(Undo Logs)
撤消日志是在事务开始之前保存的被修改数据的备份,用于例外情况时回滚事务。撤消日志 属于逻辑日志,根据每行记录进行记录。撤消日志存在于系统表空间、撤消表空间和临时表 空间中。
MySQL 5.7 版本
MySQL 8.0 版本
1):IO Thread
在InnoDB中使用了大量的AIO(Async IO)来做读写处理,这样可以极大提高数据库的性能。在 InnoDB1.0版本之前共有4个IO Thread,分别是write,read,insert buffer和log thread,后来 版本将read thread和write thread分别增大到了4个,一共有10个了。
2):write thread:负责写操作,将缓存脏页刷新到磁盘。4个
3):Purge Thread
事务提交之后,其使用的undo日志将不再需要,因此需要Purge Thread回收已经分配的undo 页。
show variables like '%innodb_purge_threads%';
4):Page Cleaner Thread
作用是将脏数据刷新到磁盘,脏数据刷盘后相应的redo log也就可以覆盖,即可以同步数据,又能 达到redo log循环使用的目的。会调用write thread线程处理。
show variables like '%innodb_page_cleaners%';
5):Master Thread
Master thread是InnoDB的主线程,负责调度其他各线程,优先级最高。作用是将缓冲池中的数 据异步刷新到磁盘 ,保证数据的一致性。包含:脏页的刷新(page cleaner thread)、undo页 回收(purge thread)、redo日志刷新(log thread)、合并写缓冲等。内部有两个主处理,分别 是每隔1秒和10秒处理。
一):InnoDB文件存储结构
InnoDB数据文件存储结构:
分为一个ibd数据文件-->Segment(段)-->Extent(区)-->Page(页)-->Row(行)
Page是文件最基本的单位,无论何种类型的page,都是由page header,page trailer和page body组成。如下图所示,
二):InnoDB文件存储格式
通过 SHOW TABLE STATUS 命令
一般情况下,如果row_format为REDUNDANT、COMPACT,文件格式为Antelope;如果 row_format为DYNAMIC和COMPRESSED,文件格式为Barracuda。
select * from information_schema.innodb_sys_tables;
三):File文件格式(File-Format)
在早期的InnoDB版本中,文件格式只有一种,随着InnoDB引擎的发展,出现了新文件格式,用于 支持新的功能。目前InnoDB只支持两种文件格式:
通过innodb_file_format 配置参数可以设置InnoDB文件格式,之前默认值为Antelope,5.7版本 开始改为Barracuda。
四):Row行格式(Row_format)
表的行格式决定了它的行是如何物理存储的,这反过来又会影响查询和DML操作的性能。如果在 单个page页中容纳更多行,查询和索引查找可以更快地工作,缓冲池中所需的内存更少,写入更 新时所需的I/O更少。
InnoDB存储引擎支持四种行格式:REDUNDANT、COMPACT、DYNAMIC和COMPRESSED。
DYNAMIC和COMPRESSED新格式引入的功能有:数据压缩、增强型长列数据的页外存储和大索引 前缀。
每个表的数据分成若干页来存储,每个页中采用B树结构存储;
如果某些字段信息过长,无法存储在B树节点中,这时候会被单独分配空间,此时被称为溢出页, 该字段被称为页外列。
在创建表和索引时,文件格式都被用于每个InnoDB表数据文件(其名称与*.ibd匹配)。修改文件 格式的方法是重新创建表及其索引,最简单方法是对要修改的每个表使用以下命令:
ALTER TABLE 表名 ROW_FORMAT=格式类型;
show variables like '%innodb_undo%';
Redo Log和Binlog是MySQL日志系统中非常重要的两种机制,也有很多相似之处,下面介绍下两者细 节和区别。
1):Redo Log日志
show variables like '%innodb_log%';
Redo Buffer 持久化到 Redo Log 的策略,可通过 Innodb_flush_log_at_trx_commit 设置:
0:每秒提交 Redo buffer ->OS cache -> flush cache to disk,可能丢失一秒内的事务数 据。由后台Master线程每隔 1秒执行一次 操作。
1(默认值):每次事务提交执行 Redo Buffer -> OS cache -> flush cache to disk,最安 全,性能最差的方式。
2:每次事务提交执行 Redo Buffer -> OS cache,然后由后台Master线程再每隔1秒执行OS cache -> flush cache to disk 的操 作。
一般建议选择取值2,因为 MySQL 挂了数据没有损失,整个服务器挂了才会损失1秒的事务提交数 据
Binlog日志
Binlog记录模式
Redo Log 是属于InnoDB引擎所特有的日志,而MySQL Server也有自己的日志,即 Binary log(二进制日志),简称Binlog。Binlog是记录所有数据库表结构变更以及表数据修改的二进制 日志,不会记录SELECT和SHOW这类操作。Binlog日志是以事件形式记录,还包含语句所执行的 消耗时间。开启Binlog日志有以下两个最重要的使用场景。
主从复制:在主库中开启Binlog功能,这样主库就可以把Binlog传递给从库,从库拿到 Binlog后实现数据恢复达到主从数据一致性。
数据恢复:通过mysqlbinlog工具来恢复数据。
Binlog文件名默认为“主机名_binlog-序列号”格式,例如oak_binlog-000001,也可以在配置文件 中指定名称。文件记录模式有STATEMENT、ROW和MIXED三种,具体含义如下。
ROW(row-based replication, RBR):日志中会记录每一行数据被修改的情况,然后在 slave端对相同的数据进行修改。
优点:能清楚记录每一个行数据的修改细节,能完全实现主从数据同步和数据的恢复。
缺点:批量操作,会产生大量的日志,尤其是alter table会让日志暴涨。
STATMENT(statement-based replication, SBR):每一条被修改数据的SQL都会记录到 master的Binlog中,slave在复制的时候SQL进程会解析成和原来master端执行过的相同的 SQL再次执行。简称SQL语句复制。
优点:日志量小,减少磁盘IO,提升存储和恢复速度
缺点:在某些情况下会导致主从数据不一致,比如last_insert_id()、now()等函数。
MIXED(mixed-based replication, MBR):以上两种模式的混合使用,一般会使用 STATEMENT模式保存binlog,对于STATEMENT模式无法复制的操作使用ROW模式保存 binlog,MySQL会根据执行的SQL语句选择写入模式。
Binlog文件结构
MySQL的binlog文件中记录的是对数据库的各种修改操作,用来表示修改操作的数据结构是Log event。不同的修改操作对应的不同的log event。比较常用的log event有:Query event、Row event、Xid event等。binlog文件的内容就是各种Log event的集合。
Binlog文件中Log event结构如下图所示:
Binlog写入机制
1.根据记录模式和操作触发event事件生成log event(事件触发执行机制)
2.将事务执行过程中产生log event写入缓冲区,每个事务线程都有一个缓冲区 Log Event保存在一个binlog_cache_mngr数据结构中,在该结构中有两个缓冲区,一个是 stmt_cache,用于存放不支持事务的信息;另一个是trx_cache,用于存放支持事务的信息。
3.事务在提交阶段会将产生的log event写入到外部binlog文件中。 不同事务以串行方式将log event写入binlog文件中,所以一个事务包含的log event信息在 binlog文件中是连续的,中间不会插入其他事务的log event。
Binlog文件操作
Binlog状态查看
show variables like 'log_bin';
开启Binlog功能
mysql> set global log_bin=mysqllogbin;
ERROR 1238 (HY000): Variable 'log_bin' is a read only variable
需要修改my.cnf或my.ini配置文件,在[mysqld]下面增加log_bin=mysql_bin_log,重启 MySQL服务。
#log-bin=ON
#log-bin-basename=mysqlbinlog
binlog-format=ROW
log-bin=mysqlbinlog
使用show binlog events命令
show binary logs; //等价于show master logs;
show master status;
show binlog events;
show binlog events in 'mysqlbinlog.000001';
使用mysqlbinlog 命令
mysqlbinlog "文件名"
mysqlbinlog "文件名" > "test.sql"
使用 binlog 恢复数据
//按指定时间恢复
mysqlbinlog --start-datetime="2020-04-25 18:00:00" --stopdatetime="2020-04-26 00:00:00" mysqlbinlog.000002 | mysql -uroot -p1234
//按事件位置号恢复
mysqlbinlog --start-position=154 --stop-position=957 mysqlbinlog.000002
| mysql -uroot -p1234
mysqldump:定期全部备份数据库数据。mysqlbinlog可以做增量备份和恢复操作。
删除Binlog文件
purge binary logs to 'mysqlbinlog.000001'; //删除指定文件
purge binary logs before '2020-04-28 00:00:00'; //删除指定时间之前的文件
reset master; //清除所有文件
可以通过设置expire_logs_days参数来启动自动清理功能。默认值为0表示没启用。设置为1表示超 出1天binlog文件会自动删除掉。
Redo Log和Binlog区别
Redo Log是属于InnoDB引擎功能,Binlog是属于MySQL Server自带功能,并且是以二进制 文件记录。
Redo Log属于物理日志,记录该数据页更新状态内容,Binlog是逻辑日志,记录更新过程。
Redo Log日志是循环写,日志空间大小是固定,Binlog是追加写入,写完一个写下一个,不 会覆盖使用。
Redo Log作为服务器异常宕机后事务数据自动恢复使用,Binlog可以作为主从复制和数据恢 复使用。Binlog没有自动crash-safe能力。