Mysql进阶-详解InnoDB引擎

逻辑存储结构

InnoDB的逻辑存储结构如下图所示:

当我们建立一个表，引擎选择为InnoDB时，MySQL会为我们产生一个表名.idb文件，这个文件就是表空间：存放数据+索引+表结构。 

表空间

• 表空间是InnoDB存储引擎逻辑结构的最高层， 如果用户启用了参数 innodb_file_per_table(在 8.0版本中默认开启) ，则每张表都会有一个表空间（xxx.ibd）。
• 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

• 区，表空间的单元结构，每个区的大小为1M。
• 默认情况下， InnoDB存储引擎页大小为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

• 在行中，默认有两个隐藏字段： 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。
• Roll_pointer：每次对某条引记录进行改动时，都会把旧的版本写入到undo日志中，然后这个 隐藏列就相当于一个指针，可以通过它来找到该记录修改前的信息。事务的回滚就是考这个字段实现，后续我们会介绍。

InnoDB架构

下面是InnoDB架构图，左侧为内存结构，右侧为磁盘结构，为了防止直接操作磁盘，MySQL会先把数据缓存到内存中，然后再一定的时机通过异步IO将数据写入磁盘，提高效率。

内存结构

在左侧的内存结构中，主要分为这么四大块儿： Buffer Pool、Change Buffer、Adaptive Hash Index、Log Buffer。 接下来介绍一下这四个部分，Adaptive Hash Index自适应哈希索引是用来提高效率，我们可以暂时不用了解。

Buffer Pool

缓冲池 Buffer Pool，是内存中的一个区域，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，先操作缓冲池中的数据（若缓冲池没有数据，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。

缓冲池以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，也中数据与磁盘的数据产生了不一致。因此BufferPool 会定期将脏页中的数据刷新到磁盘中。保证数据能被真实记录下来。

Change Buffer

我们先看一幅图：这个是二级索引的结构图

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，会造成大量的磁盘IO。有了 ChangeBuffer之后，我们可以在缓冲池中进行合并处理，减少磁盘IO。

Log Buffer。

• Log Buffer：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。

innodb_flush_log_at_trx_commit：日志刷新到磁盘时机，取值主要包含以下三个：

• 1: 日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘，默认值。
• 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。

这里一定要记住，LogBuffer是默认在事务每次提交时将缓存区的数据写入磁盘。方便以后对事务的理解

磁盘结构

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。

Doublewrite Buffer Files

双写缓冲区，innoDB引擎将数据页从Buffer Pool刷新到磁盘前，先将数据页写入双写缓冲区文件 中，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。

后台线程

在InnoDB的后台线程中，分为4类，分别是：Master Thread 、IO Thread、Purge Thread、 Page Cleaner Thread。

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、合并插入缓存、undo页的回收 。

IO Thread

 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。

下节，我们将介绍，redo log，undo log，mvcc和两个隐藏字段如何实现事务的四大特性。