InnoDB存储引擎-架构

InnoDB引擎-架构

MySQL5.5版本开始就默认使用InnoDB存储引擎，它擅长事务处理，具有崩溃恢复特性。下图即为InnoDB架构图，左侧为内存结构，右侧为磁盘结构。

内存结构

内存结构主要包括四个部分， Buffer Pool， Change Buffer， Adaptive Hash Index和 Log Buffer。

Buffer Pool 缓冲池

缓存池是主内存中的一个区域，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，先此操作缓冲池的数据（若缓冲池没有数据，则从磁盘加载并缓存）， 然后以一定频率刷新到磁盘，从而减少磁盘IO，加快处理速度。

缓冲池以Page为单位，底层采用链表数据结构管理Page。根据状态分为三种：

• free page ： 未被使用
• clean page ： 被使用page， 数据没有被修改过
• dirty page ： 脏页， 数据被修改过，与磁盘数据产生了不一致

可以联系操作系统页式存储理解。

Change Buffer 更改缓冲区

更改缓冲区 （针对于非唯一二级索引页）， 在执行DML语句时，如果这些数据page没有在Buffer Pool中，不会直接操作磁盘， 而会将数据变更存在更改缓冲区之中，在未来数据被读取时， 再将数据合并恢复到Buffer Pool之中， 再将合并后的数据刷新到磁盘中。

意义 ：
与聚集索引不同，二级索引通常是非唯一的，并且以相对随机的顺序插入二级索引。同样， 删除和更新可能会影响索引树中不相邻的二级索引页，如果每一次都操作磁盘，会产生大量磁盘IO。 所以引入更改缓冲区是为了减少磁盘IO。

Adaptive Hash Index 自适应hash索引

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索引可以提升速度，则建立hash索引。

因为hash索引虽然快于b+tree索引，但是其不支持范围查询所以并没有作为InnoDB存储引擎的索引结构， 但是在特定情况（如无hash碰撞，进行等值查询等）下查询效率更高，所以为了提升检索效率，系统会根据情况自动完成hash索引建立，即自适应hash索引。

涉及参数： adaptive_hash_index 默认开启

自适应hash索引，无需人工干预，是系统根据情况自动完成。

Log Buffer 日志缓冲区

日志缓冲区用来保存要写入到磁盘中的log日志数据（redo log， undo log）， 默认大小为16MB， 日志缓冲区的日志会定期刷到磁盘中。

意义：
如果在使用过程中涉及到许多 更新，插入，删除很多行的事务，那么增加日志缓冲区可以节省磁盘IO。

涉及参数：

• innodb_log_buffer_size : 缓冲区大小
• innodb_flush_log_at_trx_commit: 日志刷新时机

磁盘结构

System Tablespace 系统表空间

系统表空间是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mysql 8.0 之后主要存储的就是change buffer。
参数： innodb_data_file_path

File-Per-Table Tablespaces

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

参数： innodb_file_per_table 默认开启

General Tablespaces 通用表空间

默认是不存在，需要通过CREATE TABLESPACE 语法创建通用表空间， 在创建表时， 可以指定该表空间。

参考语法: CREATE TABLESPACE xxxx ADD DATAFILE ‘file_name’ ENGINE= innodb ；

后续如果需要放入该表空间只需指定即可。
示例： CREATE TABLE xx(…) ENGINE= innodb TABLESPACE xxxx;

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（undo_001, undo_002 默认大小16MB）用来存储 undo log 日志。

Temporary Tablespaces 临时表空间

InnoDB 使用会话临时表空间和全局临时表空间。存储用户创建等数据。

Doublewrite Buffer Files 双写缓冲区

InnoDB 引擎将数据页从Buffer Pool刷新到磁盘前， 先将数据写入双写缓冲区文件中， 便于系统异常时恢复数据。
文件后缀名： .dblwr

Redo Log 重做日志

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）， 前面是在内存中， 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， 发送错误时， 进行数据恢复使用。 redo log 会定期清理。

后台线程

将内存中数据在合适时机刷入到磁盘之中。

主要分为四类

• 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（脏页的刷新， 合并插入缓存， undo页的回收）， 保证数据的一致性
• IO Thread 在InnoDB存储引擎中使用了AIO来处理IO请求， 这样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。又包含：
  1. Read thread(默认4个） 负责读操作
  2. Write thread（4） 负责写操作
  3. Log thread（1） 负责将日志缓冲区刷新到磁盘
  4. Insert buffer thread （1） 负责将写缓冲区内容刷新到磁盘
• Purge Thread 主要负责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， 就用它来负责回收。
• Page Cleaner Thread 协助Master Thread 刷新到磁盘的线程， 减轻核心后台线程的工作压力，减少阻塞。