面试必备——InnoDB索引的物理结构

基于MySQL8.0

1.简介

索引都用B树（其实是B+树，B+Tree也是B-Tree的一种，B-Tree=B Tree）结构，除了空间索引。空间索引用R树（R 树是用于为多维数据编制索引的专用数据结构）。

索引记录存储在树的叶子页中。

1.1.页

页，page。一个表示，任何时候在磁盘（数据文件）和内存（缓冲池）之间传输数据量的单位。

一页包含一行或多行，取决于每行的数据量。若某行不能完全适合单个页面，需要设置其他指针式数据结构，以便改行可以放到一个页中。

为了容纳更多数据，使用压缩行格式。使用BLOB或large text格式的表，使用紧凑行格式运行这些列和其余部分分开存储（外部页），以减少不引用这些列的查询的I/O开销和内存使用量。

1.2.页设置

索引页的默认大小是16KB、16K、16384三种形式都可以。

查看索引页的默认大小，单位为B。（1KB=1024B）

mysql> SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'innodb_page_size';
+------------------+-------+
| Variable_name    | Value |
+------------------+-------+
| Innodb_page_size | 16384 |
+------------------+-------+

启动MySQL实例时，通过innodb_page_size设置，一旦设置不可以动态修改，只能修改之后重启。

设置命令行格式如下，可选的有效值为64K、32K、16K、8K、4K。MySQL实例中所有磁盘数据结构共享相同的页设置。

	--innodb-page-size=#

1.3.页使用

新数据插入到聚集索引（主键索引）时，页会保留1/16的空间，以便将来插入和更新索引记录。如果按顺序（升序或降序）插入，生成的页最大为15/16；如果随机顺序插入，页最大1/2~15/16就满了。每个B树页的空间占比，可以通过innodb_fill_factor设置，默认值100，范围10-100的整数。

命令如下，可以动态设置。

	--innodb-fill-factor=#

举个例子：设置80，则留20%。100，会留1/16。

2.索引生成

InnoDB创建或重建B树索引的时候，会执行大容量加载，即排序索引生成。而不是在创建或重新生成索引时一次插入一个索引记录。

上文innodb_fill_factor变量，定义在排序索引构建期间填充的每个B树页上的空间百分比，剩余空间保留用于将来的索引增长。

空间索引不支持排序索引生成。

全文索引支持排序索引生成。

innodb_fill_factor，适用B树叶子页和非叶子页，不适用TEXT和BLOB等外部页。

2.1.三阶段

索引生成有三个阶段。

1. 扫描聚集索引（主键索引），并生成索引条目并将其添加到排序缓冲区中。当排序缓冲区变满时，将对条目进行排序并写到临时中间文件中。此过程也称为“运行”。
2. 如果将一个或多个“运行”写入临时中间文件，则会对文件中的所有条目执行合并排序。
3. 排序后的条目将插入到B树中。

2.2.自下而上

排序索引构建使用"自下而上"的方法来构建索引。通过这种方法，对最右边的叶页的引用在B树的所有级别上都被保留。在必要的B树深度处分配最右边的叶页，并根据条目的排序顺序插入条目。一旦叶页已满，节点指针将附加到父页，并为下一次插入分配同级叶页。此过程将继续，直到插入所有条目，这可能会导致插入到根级别。分配同级页时，将释放对以前固定的叶页的引用，新分配的叶页将成为最右边的叶页和新的默认插入位置。

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