MySQL--InnoDB引擎

InnoDB引擎

逻辑存储引擎

表空间→段→区→页→行

1. Tablespace 表空间（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
2. Segment 段：段分为数据段、索引段、回滚段，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）
3. Extent 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
4. Page 页：InnoDB存储引擎磁盘管理的最小单位，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。
5. Row 行：InnoDB存储引擎数据是按行进行存放的。

架构

MySQL5.5版本开始，默认使用InnoDB存储引擎，他擅长事务处理，具有崩溃恢复特性，左侧为内存结构，右侧为磁盘结构

内存架构

Buffer Pool：缓冲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，页中数据与磁盘的数据产生了不一致。

Change Buffer：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Change Buffer中，在未来数据被读取时，再将数据合并恢复到Buffer Pool中，再将合并后的数据刷新到磁盘中。
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。

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索引可以提升速度，则建立hash索引，称之为自适应hash索引。

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。
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

磁盘结构

System Tablespace：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MySQL5.x版本中还包含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

General Tablespaces： 通用表空间，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。

create tablespace xxxx add datafile 'file_name' engine = engine_name;
create table xxx... tablespace ts_name;

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。
以循环方式写入重做日志文件，涉及两个文件：ib_logfile0、ib_logfile1

后台线程

后台线程的作用是在合适的时机将InnoDB存储引擎缓冲池中的数据异步刷新到磁盘文件中，保证数据的一致性
1.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。
2.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IOThread主要负责这些IO请求的回调。

线程类型	默认个数	职责
Read thread	4	负责读操作
Write thread	4	负责写操作
Log thrLad	1	负责将日志缓冲区刷新到磁盘
lnsert buffer thread	1	负责将写缓冲区内容刷新到磁盘

3.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。
4.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。

事务原理

事务

事务是一组操作的集合，它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
特性
原子性：事务是不可分割的最小单位，要么全部成功，要么全部失败 - undo log
一致性：事务完成时，必须使用所有的数据都保持一致状态 - undo log + redo log
隔离性：数据库系统提供的隔离机制，保证事务在不受外部并发操作影响的独立环境下运行 - 锁 + MVCC
持久性：事务一旦提交或回滚，它对数据库中的数据的改变就是永久的。- redo log

redo log
解决事务持久性
重做日志，记录的是事务提交时数据页的物理修改，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 file) ,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存到该日志文件中，用于在刷新脏页到磁盘,发生错误时,进行数据恢复使用。

undo log
解决事务原子性
回滚日志，用于记录数据被修改前的信息，作用包含两个：提供回滚和MVCC(多版本并发控制）。
undolog和redo log记录物理日志不一样，它是逻辑日志。可以认为当delete一条记录时，undolog中会记录一条对应的insert记录，反之亦然，当update一条记录时，它记录一条对应相反的update记录。当执行rollback时，就可以从undolog中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。
Undo log销毁：undolog在事务执行时产生，事务提交时，并不会立即删除undo log，因为这些日志可能还用于MvcC。
Undo log存储：undolog采用段的方式进行管理和记录，存放在前面介绍的rollback segment回滚段中，内部包含1024个undo log segment.

MVCC

全称Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制。指维护一个数据的多个版本，使得读写操作没有冲突，快照读为MysQL实现MVCc提供了一个非阻塞读功能。MVcc的具体实现，还需要依赖于数据库记录中的三个隐式字段、undolog日志、readView。

基础概念

当前读
读取的是记录的最新版本，读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录，会对读取的记录进行加锁。对于我们日常的操作，如：select… lock in share mode(共享锁)，select … for update、update、insert、delete(排他锁)都是一种当前读。
快照读
简单的select（不加锁）就是快照读，快照读，读取的是记录数据的可见版本，有可能是历史数据，不加锁，是非阻塞读。
Read Committed：每次select，都生成一个快照读。
Repeatable Read：开启事务后第一个select语句才是快照读的地方。
Serializable：快照读会退化为当前读。

记录中的隐藏字段

隐藏字段	含义
DB_TRX_ID	最近修改事务ID，记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务ID。
DB_ROLL_PTR	回滚指针，指向这条记录的上一个版本，用于配合undolog，指向上一个版本。
DB_ROW_ID	隐藏主键，如果表结构没有指定主键，将会生成该隐藏字段。

undo log

回滚日志，在insert、update、delete的时候产生的便于数据回滚的日志。
当insert的时候，产生的undolog日志只在回滚时需要，在事务提交后，可被立即删除。
而update、delete的时候，产生的undolog日志不仅在回滚时需要，在快照读时也需要，不会立即被删除。

undo log版本链

不同事务或相同事务对同一条记录进行修改，会导致该记录的undolog生成一条记录版本链表，链表的头部是最新的旧记录，链表尾部是最早的旧记录。

readView

ReadView（读视图）是快照读SQL执行时MVCC提取数据的依据，记录并维护系统当前活跃的事务（未提交的）id。
ReadView中包含了四个核心字段：

字段	含义
m_ids	当前活跃的事务ID集合
min_trx_idcreator_trx_id	最小活跃事务
IDmax_trx_id	预分配事务ID，当前最大事务ID+1（因为事务ID是自增的）
creator_trx_id	ReadView创建者的事务ID

不同的隔离级别，生成ReadView的时机不同：

• READCOMMITTED：在事务中每一次执行快照读时生成ReadVieW。
• REPEATABLEREAD：仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadVieW，后续复用该ReadVieW。