【MySQL】InnoDB引擎

逻辑结构

InnoDB存储引擎逻辑结构如图所示:

Tablespace:表空间,一个数据库可以对应多个表空间。数据库中的每张表都有一个表空间,用来存放表记录、索引等数据。

Segment:段,表空间中有多个段,而每个段中将表空间中的记录、索引等数据分为数据段、索引段、回滚段来存储。其中索引段就存储在B+树的非叶子结点,数据段就存储在叶子结点上。段中又管理多个区(Extent)。

Extent:区,表的单元结构,每个区的大小为1M。默认情况下,InnoDB存储引擎的页大小为16k,那么每个区中就存储64个连续的页。

Page:页,是InnoDB存储引擎管理的最小单元,每个页的大小默认为16KB。为了保证页的连续性,InnoDB每次从磁盘申请4~5个区。页中存放的就是表空间的记录和索引。

Row:行,在InnoDB引擎中数据是按行进行存放的。

Trx id 和Roll pointer是表结构中隐藏的两个字段。

Trx id :事务id,是用来存储最后一个操作的事务id。

Roll pointer:回滚指针,指向上一个版本记录在undo log的位置。多个版本被Roll pointer连接成一个版本链。这也是MVCC的原理。

InnoDB架构

MySQL5.5版本之后,默认的存储引擎是InnoDB,InnoDB的架构图如下:

内存结构

内存结构如图:

Buffer Pool:缓冲池,是主内存的一个区域,用来缓存磁盘上记录操作频繁的实时数据。在进行增删改查操作时,先查询缓冲池中是否有数据,如果没有,则需要从磁盘中加载到缓冲池,再进行对应的操作。然后将这些脏页以一定的频率刷新到磁盘当中。

缓冲池以Page为单位,底层采用链表来管理数据的。根据状态,将缓冲池中的Page分为三种:

free page :空闲页,该页中没有存放任何数据。

clean page :被使用的页,其中存放的数据是从磁盘加载过来的,并未被修改。

dirty page :脏页,该页中的数据被修改,即该页中的数据是最新的,和磁盘中的内容是不一致的。

Change Buffer:更改缓冲区,在执行DML语句时,如果Buffer Pool中没有对应的数据页,那么就将数据变更存储在Change Buffer中。之后读取这些数据时,会将磁盘中的数据与Change Buffer中的变更记录合并加载到Buffer Pool中。

Changer Buffer有什么意义?

Change Buffer是针对非唯一的二级索引。二级索引是随机的,如果多个修改操作直接通过磁盘IO操作,由于其随机性就会造成大量的磁盘IO,性能就会大打折扣。使用Change Buffer不会进行随机磁盘IO,从而减少了损耗。

Adaptive Hash Index:自适应哈希索引,用于优化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,就会自动建立索引。

自适应哈希索引无需人工干预,由_MySQL自动执行。

可以通过 adaptive_hash_index参数进行控制,默认为ON,代表是开启的。

Log Buffer:日志缓冲区,用来保存要写入磁盘中的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、插入或删除多行的事务,增加日志缓冲区的大小可以节省磁盘IO。

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

磁盘结构如图:

System Tablespace:系统表空间,是更改缓冲区的存储区域。如果系统中独立表空间以及通用表空间关闭的话,系统表空间也会存储表的记录以及索引。

参数:innodb_data_file_path

File-Per-Table Tablespaces:每个表的独立表空间。默认是开启的。

参数:innodb_file_per_table

General Tablespaces:通用表空间,需要手动进行创建。在创建表时,可以为其指定表空间。

创建表空间语法:

CREATE TABLESPACE XXXX ADD
    DATAFILE 'file_name'
    ENGINGE = engine_name;

指定表空间语法:

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16MB),用于存储undo log日志。

Temporary Tablespaces:临时表空间,存储用户创建的临时表。

Doublewrite Buffer Files:双写缓冲区,innoDB引擎将数据页刷新到磁盘时,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,用来实现事务的持久性。

后台线程

InnoDB存储引擎涉及到很多内存与磁盘之间的操作,比如从脏页的刷新、磁盘文件的加载、日志的刷新等,这些操作都是由后台线程完成的。

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当中,保持数据一致性,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。

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

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。

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