【Innodb底层原理】
文章目录
- 一、MySQL的内部组件结构
-
- Server层
-
- 1.连接器
- 2.查询缓存
- 3.分析器
- 4.执行器
- 存储引擎层
- 二、Innodb底层原理与Mysql日志机制
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- redo log重做日志关键参数
-
- innodb_log_buffer_size：
- innodb_log_group_home_dir：
- innodb_log_files_in_group：
- innodb_log_file_size：
- redo log 写入磁盘过程分析：
-
- innodb_flush_log_at_trx_commit：
- binlog二进制归档日志
- binlog 的日志格式
- binlog写入磁盘机制
- 为什么会有redo log和binlog两份日志呢？
- undo log回滚日志
- undo log日志什么时候删除
- 为什么Mysql不能直接更新磁盘上的数据而且设置这么一套复杂的机制来执行SQL了？
- 错误日志
- 通用查询日志
一、MySQL的内部组件结构
- MySQL 可以分为 Server 层和存储引擎层两部分
Server层
主要包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等，涵盖 MySQL 的大多数核心服务功能，以及所有的内置函数（如日期、时间、数学和加密函数等），所有跨存储引擎的功能都在这一层实现，比如存储过程、触发器、视图等。
1.连接器
我们知道由于MySQL是开源的，他有非常多种类的客户端：navicat,mysqlfront,jdbc,SQLyog等非常丰富的客户端，包括各种编程语言实现的客户端连接程序，这些客户端要向mysql发起通信都必须先跟Server端建立通信连接，而建立连接的工作就是有连接器完成的。
2.查询缓存
连接建立完成后，你就可以执行 select 语句了。执行逻辑就会来到第二步：查询缓存。
MySQL 拿到一个查询请求后，会先到查询缓存看看，之前是不是执行过这条语句。之前执行过的语句及其结果
可能会以 key-value 对的形式，被直接缓存在内存中。key 是查询的语句，value 是查询的结果。如果你的查询能够
直接在这个缓存中找到 key，那么这个 value 就会被直接返回给客户端。
如果语句不在查询缓存中，就会继续后面的执行阶段。执行完成后，执行结果会被存入查询缓存中。你可以看
到，如果查询命中缓存，MySQL 不需要执行后面的复杂操作，就可以直接返回结果，这个效率会很高。
3.分析器
如果没有命中查询缓存，就要开始真正执行语句了。首先，MySQL 需要知道你要做什么，因此需要对 SQL 语句做解析。
分析器先会做“词法分析”。你输入的是由多个字符串和空格组成的一条 SQL 语句，MySQL 需要识别出里面的字符
串分别是什么，代表什么。
MySQL 从你输入的"select"这个关键字识别出来，这是一个查询语句。它也要把字符串“T”识别成“表名 T”，把字符串“
ID”识别成“列 ID”。做完了这些识别以后，就要做“语法分析”。根据词法分析的结果，语法分析器会根据语法规则，判断你输入的这个
SQL 语句是否满足 MySQL 语法。如果你的语句不对，就会收到“You have an error in your SQL syntax”的错误提醒。
4.执行器
开始执行的时候，要先判断一下你对这个表 T 有没有执行查询的权限，如果没有，就会返回没有权限的错误。
存储引擎层
负责数据的存储和提取。其架构模式是插件式的，支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多个存储引擎。现在最常用的存储引擎是InnoDB，它从 MySQL 5.5.5 版本开始成为了默认存储引擎。
也就是说如果我们在create table时不指定表的存储引擎类型,默认会给你设置存储引擎为InnoDB。
二、Innodb底层原理与Mysql日志机制
redo log重做日志关键参数
innodb_log_buffer_size：
设置redo log buffer大小参数，默认16M ，最大值是4096M，最小值为1M。
show variables like '%innodb_log_buffer_size%';
innodb_log_group_home_dir：
设置redo log文件存储位置参数，默认值为"./"，即innodb数据文件存储位置，其
中的 ib_logfile0 和 ib_logfile1 即为redo log文件。
show variables like '%innodb_log_group_home_dir%';
innodb_log_files_in_group：
设置redo log文件的个数，命名方式如: ib_logfile0, iblogfile1… iblogfileN。默认2个，最大100个。
show variables like '%innodb_log_files_in_group%';
innodb_log_file_size：
设置单个redo log文件大小，默认值为48M。最大值为512G，注意最大值指的是整个 redo
log系列文件之和，即(innodb_log_files_in_group * innodb_log_file_size)不能大于最大值512G。
show variables like '%innodb_log_file_size%';
redo log 写入磁盘过程分析：
redo log 从头开始写，写完一个文件继续写另一个文件，写到最后一个文件末尾就又回到第一个文件开头循环写，如
下面这个图所示。
write pos 是当前记录的位置，一边写一边后移，写到第 3 号文件末尾后就回到 0 号文件开头。
checkpoint 是当前要擦除的位置，也是往后推移并且循环的，擦除记录前要把记录更新到数据文件里。
write pos 和 checkpoint 之间的部分就是空着的可写部分，可以用来记录新的操作。如果 write pos 追上checkpoint，
表示redo log写满了，这时候不能再执行新的更新，得停下来先擦掉一些记录，把 checkpoint 推进一下。
innodb_flush_log_at_trx_commit：
这个参数控制 redo log 的写入策略，它有三种可能取值：
- 设置为0：表示每次事务提交时都只是把 redo log 留在 redo log buffer 中，数据库宕机可能会丢失数据。
- 设置为1(默认值)：表示每次事务提交时都将 redo log 直接持久化到磁盘，数据最安全，不会因为数据库
宕机。 - 设置为2：表示每次事务提交时都只是把 redo log 写到操作系统的缓存page cache里，这种情况如果数
据库宕机是不会丢失数据的，但是操作系统如果宕机了，page cache里的数据还没来得及写入磁盘文件的话就
会丢失数据。丢失数据，但是效率稍微差一点，线上系统推荐这个设置。
binlog二进制归档日志
binlog二进制日志记录保存了所有执行过的修改操作语句，不保存查询操作。如果 MySQL 服务意外停止，可通过二
进制日志文件排查，用户操作或表结构操作，从而来恢复数据库数据。
启动binlog记录功能，会影响服务器性能，但如果需要恢复数据或主从复制功能，则好处则大于对服务器的影响。
# 查看binlog相关参数
show variables like '%log_bin%';
MySQL5.7 版本中，binlog默认是关闭的，8.0版本默认是打开的。上图中log_bin的值是OFF就代表binlog是关闭状
态，打开binlog功能，需要修改配置文件my.ini(windows)或my.cnf(linux)，然后重启数据库。
binlog 的日志格式
用参数 binlog_format 可以设置binlog日志的记录格式，mysql支持三种格式类型：
- STATEMENT：基于SQL语句的复制，每一条会修改数据的sql都会记录到master机器的bin-log中，这种
方式日志量小，节约IO开销，提高性能，但是对于一些执行过程中才能确定结果的函数，比如UUID()、
SYSDATE()等函数如果随sql同步到slave机器去执行，则结果跟master机器执行的不一样。 - ROW：基于行的复制，日志中会记录成每一行数据被修改的形式，然后在slave端再对相同的数据进行修
改记录下每一行数据修改的细节，可以解决函数、存储过程等在slave机器的复制问题，但这种方式日志量较
大，性能不如Statement。举个例子，假设update语句更新10行数据，Statement方式就记录这条update语
句，Row方式会记录被修改的10行数据。 - MIXED：混合模式复制，实际就是前两种模式的结合，在Mixed模式下，MySQL会根据执行的每一条具
体的sql语句来区分对待记录的日志形式，也就是在Statement和Row之间选择一种，如果sql里有函数或一些
在执行时才知道结果的情况，会选择Row，其它情况选择Statement，推荐使用这一种。
binlog写入磁盘机制
binlog写入磁盘机制主要通过 sync_binlog 参数控制，默认值是 0。
- 为0的时候，表示每次提交事务都只 write 到page cache，由系统自行判断什么时候执行 fsync 写入磁
盘。虽然性能得到提升，但是机器宕机，page cache里面的 binlog 会丢失。 - 也可以设置为1，表示每次提交事务都会执行 fsync 写入磁盘，这种方式最安全。
- 还有一种折中方式，可以设置为N(N>1)，表示每次提交事务都write 到page cache，但累积N个事务后
才 fsync 写入磁盘，这种如果机器宕机会丢失N个事务的binlog。
为什么会有redo log和binlog两份日志呢？
因为最开始 MySQL 里并没有 InnoDB 引擎。MySQL 自带的引擎是 MyISAM，但是MyISAM 没有 crash-safe 的能
力，binlog 日志只能用于归档。而 InnoDB 是另一个公司以插件形式引入 MySQL 的，既然只依靠 binlog 是没有
crash-safe 能力的，所以InnoDB 使用另外一套日志系统——也就是 redo log 来实现 crash-safe 能力。
有了 redo log，InnoDB 就可以保证即使数据库发生异常重启，之前提交的记录都不会丢失，这个能力称为crashsafe
undo log回滚日志
InnoDB对undo log文件的管理采用段的方式，也就是回滚段（rollback segment） 。每个回滚段记录了 1024 个
undo log segment ，每个事务只会使用一个undo log segment。
在MySQL5.5的时候，只有一个回滚段，那么最大同时支持的事务数量为1024个。在MySQL 5.6开始，InnoDB支持
最大 128个回滚段，故其支持同时在线的事务限制提高到了 128*1024 。
undo log日志什么时候删除
新增类型的，在事务提交之后就可以清除掉了。
修改类型的，事务提交之后不能立即清除掉，这些日志会用于mvcc。只有当没有事务用到该版本信息时才可以清
除。
为什么Mysql不能直接更新磁盘上的数据而且设置这么一套复杂的机制来执行SQL了？
因为来一个请求就直接对磁盘文件进行随机读写，然后更新磁盘文件里的数据性能可能相当差。
因为磁盘随机读写的性能是非常差的，所以直接更新磁盘文件是不能让数据库抗住很高并发的。
Mysql这套机制看起来复杂，但它可以保证每个更新请求都是更新内存BufferPool，然后顺序写日志文件，同时还能
保证各种异常情况下的数据一致性。
更新内存的性能是极高的，然后顺序写磁盘上的日志文件的性能也是非常高的，要远高于随机读写磁盘文件。
正是通过这套机制，才能让我们的MySQL数据库在较高配置的机器上每秒可以抗下几干甚至上万的读写请求。
错误日志
Mysql还有一个比较重要的日志是错误日志，它记录了数据库启动和停止，以及运行过程中发生任何严重错误时的相
关信息。当数据库出现任何故障导致无法正常使用时，建议首先查看此日志。
在MySQL数据库中，错误日志功能是默认开启的，而且无法被关闭。
通用查询日志
通用查询日志记录用户的所有操作，包括启动和关闭MySQL服务、所有用户的连接开始时间和截止时间、发给
MySQL 数据库服务器的所有 SQL 指令等，如select、show等，无论SQL的语法正确还是错误、也无论SQL执行成功
还是失败，MySQL都会将其记录下来。
通用查询日志用来还原操作时的具体场景，可以帮助我们准确定位一些疑难问题，比如重复支付等问题。
general_log：是否开启日志参数，默认为OFF，处于关闭状态，因为开启会消耗系统资源并且占用磁盘空间。一般
不建议开启，只在需要调试查询问题时开启。
general_log_file：通用查询日志记录的位置参数
show variables like '%general_log%';
# 打开通用查询日志
SET GLOBAL general_log=on;