MySQL InnoDB引擎

MySQL InnoDB引擎

目录

一、概述... 2

二、逻辑存储结构... 2

三、架构... 2

3.1、内存结构... 2

3.2、磁盘结构... 4

3.3、后台线程... 5

3.3.1、Master Thread. 5

3.3.2、IO Thread. 5

3.3.3、Purge Thread. 5

3.3.4、Page Cleaner Thread. 5

一、概述

InnoDB 是 MySQL 默认的事务型存储引擎，支持 ACID 事务、行级锁和 MVCC，并提供外键约束、崩溃恢复和高并发处理能力。它采用聚簇索引结构，利用缓冲池优化读写性能，适用于高并发、强一致性要求的应用场景，如金融、电商和订单管理系统。

二、逻辑存储结构

1. 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. 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。段用于管理多个Extent（区）。
3. 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个连接的页。
4. 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。
5. 行：InnoDB存储引擎数据是按行进行存放的。
   1. 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。
   2. Roll_pointer：每次对某条记录进行改动时，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。

三、架构

3.1、内存结构

InnoDB 的内存架构在 MySQL 中主要由 缓冲池（Buffer Pool）、日志缓冲（Log Buffer）、自适应哈希索引（AHI）、锁信息存储、事务管理内存 和 Change Buffer 等组件组成。它们共同优化数据访问、事务管理和写入操作，旨在减少磁盘 I/O 并提高性能。

1. 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：

1. 1. free page：空闲page，未被使用。
   2. clean page：被使用page，数据没有被修改过。
   3. dirty page：脏页，被使用page，数据被修改过，页中数据与磁盘的数据不一致。
2. 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，再将合并后的数据刷新到磁盘中。

Change Buffer的意义是什么？

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Change Buffer之后，我们可以在缓冲池中进行合并处理，减少磁盘IO。

1. 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。

自适应哈希索引，无需人工干预，是系统根据情况自动完成。

参数：adaptive_hash_index

1. 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（重做日志）、Undo Log（回滚日志）），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

1：日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘。

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。

3.2、磁盘结构

1. 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

1. 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

#MySQL 数据目录 Linux（默认）：/var/lib/mysql/

1. 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 ts_ittest add datafile 'myittest.ibd' engine = innodb;

create table a(id int primary key auto_increment, name varchar(10)) engine=innodb tablespace ts_ittest;

查看当前使用的数据库：SELECT DATABASE();

1. 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unod log日志。

1. Temporary Tablespaces：InnoDB使用会话临时表空间和全局临时表空间。存储用户创建的临时表等数据。
2. 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。

#ib_16384_0.dblwr

#ib_16384_1.dblwr

1. 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

3.3、后台线程

3.3.1、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。

3.3.2、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IO Thread主要负责这些IO请求的回调。查看命令：show engine innodb status;

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 thread	1	负责将日志缓冲区刷新到磁盘
Insert buffer thread	1	负责将写缓冲区内容刷新到磁盘

SHOW ENGINE INNODB STATUS 可能不会完整显示所有 I/O 线程，日志线程可能合并在 aio requests 中。可以通过 SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_%io_threads'; 来确认真正的 I/O 线程数。

3.3.3、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。

3.3.4、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。