InnoD存储引擎的关键特性

今天在阅读InnoDB 存储引擎后，对其的一些了解，并对它的关键特性做了一下总结：

1.插入缓冲（insert buffer）

   1)使用插入缓冲的原因：

        非聚集索引叶子节点的插入不再是顺序的了，需要离散的访问分聚集索引，由于随机读取的存在而导致了插入的性能降低，这是因为B+树的特性决定了非聚集索引的离散性，

       因此innodb存储引擎设计了插入缓冲，对于非聚集索引的插入或更新操作，不是每一次直接插入到索引页中，而是先判断插入的非聚集索引页是否在缓冲池中，若在就直接插入，不在。则先放入到一个insert buffer对象中，然后再以一定的频率和情况进行insert  buffer和辅助索引叶子节点的合并操作，通常能将多个插入合并到一个操作中（引起欸在一个索引页中），大大提高了非聚集索引插入的性能。

    2)   insert buffer使用需要满足的条件：

          1.索引是辅助索引

          2. 索引不是唯一的

     3) 但是使用insert buffer存在的一个问题是：在写密集的情况下，插入缓冲会占用过多的缓冲池内存，默认最大可以占用1/2的缓冲池内存，修正这个问题可以修改默认值对插入缓冲的大小进行控制。

innodb1.0.x版本：对insert buffer升级为change buffer，其使用的对象依然是非唯一的辅助索引，从这个版本开始，innodb存储引擎可以对dml(数据操纵语言)操作---insert  delete  update进行缓冲，分别是insert  buffer 、delete buffer、purge buffer,并提供参数innodb_change_buffering用来开启各种buffer的选项，可选值为inserts、deletes、purges、changes(表示启用inserts和deletes)、all(表示启用所有)、none(表示都不启用)，默认为all

innodb 1.2.x版本：通过参数innodb_change_buffer_max_size来控制change buffer最大使用内存的数量，默认为25，表示最多使用1/4的缓冲池内存空间，该参数最大有效值为50.

    4)insert buffer的内部实现:

        insert buffer内部是一颗B+树,mysql4.1之前是每张表有一颗insert buffer B+树，而现在的版本是全局只有一颗B+树，负责对所有的表的辅助索引进行insert buffer, 

       非叶节点存放的是查询的search key(键值):      
  

    search key一共占有9个字节，space表示待插入记录所在表的表空间id,占用4个字节，每个表有唯一的space id,可通过space id查询是哪张表，marker占用1字节，用来兼容老版本的insert buffer,offset表示页所在的偏移量，占用4字节。

    

  前面和非叶子结点的含义相同，一共占用9个字节，metadata占用4个字节，从第5列开始，就是实际插入记录的各个字段了，所以与原插入记录相比较，B+树的叶子节点记录需要额外记录13字节的开销，

  merge insert buffer 的操作可能会发生在以下几种情况：

     1.辅助索引页被读取到缓冲池时，

      2.insert buffer bitmap（启用insert  buffer后，辅助索引页中的记录可能被插入到insert buffer B+树中，为了保证每次的merge insert buffer页成功，通过insert buffer bitmap类型的特殊页来记录辅助索引页的可用空间，）追踪到该辅助索引页已无可用空间时

      3.master thread:此线程中每秒或者每10秒进行一次merge insert buffer操作，

2.两次写(doublewrite)

    两次写带给innodb存储引擎的是数据页的可靠性.

   1). 使用两次写的原因：

         当innodb存储引擎正在写入某个页到表中，而这个页只写了一部分就发生了宕机，称为部分写失效，会导致数据丢失，可以通过重做日志恢复，可是重做日志中记录的是对页的物理操作，如果这个页本身已经损坏，则重做也没意义，因此，可以在应用重做之前，用户需要一个页的副本，当发生写失效时，通过副本还原该页，再进行重做，这就是doublewrite，

    2)doublewrite的构成：

          一部分是内存的doublewrite buffer，大小为2MB，另一部分是物理磁盘上共享空间中的连续128页，两个区，大小也为2MB，

  3）doublewrite的应用：

          在对缓冲池的脏页进行刷新时，并不直接写磁盘，而是通过memcpy函数将脏页先复制到内存中的doublewrite buffer中，之后通过doublewrite buffer分两次，每次1MB顺序的写入共享表空间的物理磁盘上，然后调用fsync函数，同步磁盘，完成doublewrite页的写入后，再将doublewrite buffer中的页写入各个表空间文件中，因此在操作系统将页写入磁盘的过程中发生了崩溃，innodb可以从共享表空间中的doublewrite中找到该页的副本，将其复制到表空间文件，再应用重做日志恢复，

   4）doublewrite的设置：

         参数skip_innodb_doublewrite可以禁止使用两次写功能，这时可能会发生写失效问题，

         有些文件系统本身就提供了部分写失效的防范机制，比如ZFS文件系统，因此用户就可以不必启用两次写功能。   

3.自适应哈希索引

      1)含义：

        innodb存储引擎会监控对表上的各索引页的查询，如果观察到建立哈希索引可以带来速度提升，则建立哈希索引，称之为自适应哈希索引（Adaptive hash index,AHI）.AHI是通过缓冲池的B+树构造而来，因此简历速度很快，innodb会自动根据访问的频率和模式自动的为某些热点页建立哈希索引。

     2).建立要求：

         1）对于这个页的连续访问模式必须是一样的，即指查询条件一样，

        2）以该模式访问了100次

        3）页通过该模式访问了N次，其中N=页中记录*1/16

    3）限制：

        哈希索引只能用来搜索等值的查询，如select * from table where index_col="xxx";而对于其他查找类型，如范围查找不能使用哈希索引，通过参数innodb_adptive_hash_index来禁止或者开启此特性，默认AHI为开启状态。

 

4.异步io

    1)目的：

      为了提高磁盘操作性能，使用异步io(asynchronous io,AIO)的方式来处理磁盘操作，

    2)含义：

       用户可以在发出一个io请求后立即再发出另一个io请求，当全部io请求发送完毕后，等待所有的io操作完成，称为AIO，AIO还可以进行io merge操作，也就是将多个io合并为一个io.

    3）实现：

       在innodb1.1.x之前，Aio是通过innodb存储引擎的代码模拟实现，而从innodb1.1.x开始，提供了内核级别AIO的支持，即为native AIO,

5.刷新邻接页

    1)工作原理：

          当刷新一个脏页时，innodb会检测该页所在区的所有页，如果是脏页，那么一起刷新，参数innodb_flush_neighbors来开启或关闭该特性，为0则关闭