MySQL索引数据结构理解

一、数据结构

  1. 二叉树

        左边叶子节点小于根节点，右边叶子节点大于根节点。

  2.红黑树

        自适应平衡树，根据节点数量和节点数据自动调整数大小。（数量大了，数高度又高；每个节点只存储一个数据，节点间不连续）

  3.B-Tree

        B数高度远低于红黑树，叶子节点没指针，叶子节点不连续

  4.B+Tree

        分为叶子点和叶子节点两类，叶子节点从左到右递增，双项链表指针

       非叶子节点不存数据，只存储索引

        叶子阶段包含索引字段，双项指针

5.Hash

        一次计算就能找到数据存储位置，但是只能满足 = ，范围查找不支持，还存在hash冲突问题

二、存储引擎

        MyISAM  (非聚集)

        数据和索引文件是分开存储的

        InnoDB 聚集

        表数据按照B+Tree生成，叶子节点存储数据

三、MySQL内部组件结构

        

连接器： 与客户端进行连接通信

查询缓存：执行select 语句会先到缓存中进行查找，查找不到在执行另外分支的流程。（MySQL 8.0 已去掉查询缓存）

词法分析器：对select * from T 的表名进行分析，分析语法是否符合规则

优化器：优化器是根据语句判断使用哪个索引，以及内部优化机制

执行器：先判断是否有这个表的执行权限，有权限根据执行引擎调用接口查询。

词法分析器：

四、InnoDB底层原理和日志机制

例：执行 update T set name='李四' where id=1;

step1:首先会从磁盘文件中找到id=1记录所在的page,将这一页的数据都加载到buffer pool缓存池中；

step2:将原有数据快照记录到undoLog日志里面，回滚使用；

step3：更新内存操作，将buffer pool里面的数据进行更新

step4: 写redo log日志到redo log buffer

step5:redo log顺序写入磁盘，redo log修理修改，记录哪一个page做了什么修改

step6:准备提交事务，写binlog写入磁盘

step7:binlog写commit到redo log里面，双写保持数据一致

step8:buffer pool每1s 新线程写提交数据到磁盘文件

1.Buffer pool

        缓冲池默认大小128M,可以进行调整；缓存磁盘文件中的数据；

        数据页16KB，MySQL抽象出来的数据单位

2.Redo Log

Redo Log利用WAL（Write-Ahead Logging）机制来保证故障恢复的安全性（crash-safe）；WAL的核心思想是先写日志，再写磁盘。

redo log可以保证事务提交后：如果事务中由增删改SQL更新的缓存页还没刷新到磁盘时MySQL宕机，那么MySQL重启后，就可以把redo log重做一遍，恢复事务在当时更新的缓存页，然后再把缓存页刷新到磁盘。所以redo log的本质是保证事务提交后，修改的数据绝对不会丢失。

redo log日志的格式大致为：对表空间XX中的数据页XX中的偏移量为XXXX的地方更新了数据XXX。重启后可以根据redo log，在Buffer Pool里恢复宕机前的事务更新。

Redo Log Buffer解析

MySQL执行完增删改的SQL语句后：会先让redo日志进入Redo Log Block，然后再写入磁盘的redo日志文件。

Redo Log Buffer是MySQL启动时向操作系统申请的一块连续内存空间。Buffer Pool也是MySQL启动时向操作系统申请的一块连续内存空间。Buffer Pool会在申请内存后划分很多空的缓存页和一些链表结构。Redo Log Buffer也会在申请内存后，划分很多空的Redo Log Block。Redo Log Buffer的大小，默认是16MB,最大值4096MB。

3.Undo Log

Undo Log记录了事务在修改数据之前的原始状态，用于在事务回滚时撤销未完成的修改，确保事务的原子性和隔离性

Undo Log主要的功能有两个：事务回滚和MVCC

• 实现事务回滚，保障事务原子性

• 与 Read-View 一起构成了 MVCC 的基础

首先来说事务回滚，事务如何通过Undo Log进行回滚操作呢？其实很简单，只需要在Undo Log日志中记录事务中的反向操作即可，发生回滚时直接通过Undo Log中记录的反向操作进行恢复。例如：

• 事务进行insert操作，Undo Log记录delete操作。

• 事务进行delete操作，Undo Log记录insert操作。

• 事务进行update操作（value1 改为value2 ），Undo Log记录update操作（value2 改为value1 ）。

每一条的undo log都记录了事务Id和回滚指针；

为了 提升 Undo Log 读写性能， Undo页还存在于Buffer Pool中，因为Buffer Pool 是 InnoDB 的内存缓存，用于存储数据页和索引页，以便快速访问。它通过减少磁盘 I/O，提高数据库的整体性能。将Undo页放在缓存中，可以加速事务的回滚和数据恢复。

当事务commit之后，不会立即删除，会保留至所有快照读完成。

4.Bin Log

binlog 是逻辑日志，记录内容是语句的原始逻辑，类似于 “给 ID=2 这一行的 c 字段加 1”。binlog 会记录所有涉及更新数据的逻辑操作，并且是顺序写，属于 MySQL Server 层。

        bin Log作用

• 备份恢复，实现崩溃一致性（Crash Consistency）。原理是每次事务进行提交时，都会将增、删、改操作以追加的方式记录到Binlog文件中。

• 主从复制，实现 主从复制的一致性。原理是主从复制常用于MySQL主从集群搭建，MySQL从节点通过监听主节点Binlog日志进行同步即可。