MySQL高级----InnoDB引擎

逻辑存储结构

表空间 

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。 

段

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（所有的数据是基于索引组织的），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。段用来管理多个Extent(区)

区 

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个连续的页。

页 

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。我们表结构中存储的记录以及索引都是在页中存储的。

行 

行，InnoDB存储引擎数据是按行进行存放的。
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。
Roll_pointer:每次对某条引记录进行改动时，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。

架构

MySQL5.5版本开始，默认使用InnoDB存储引擎，它擅长事务处理，具有崩溃恢复特性，在日常开发中使用非常广泛。下面是InnoDB架构图，左似为内存结构，右侧为磁盘结构。 

内存结构 

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: 

free page:空闲page，未被使用。 
clean page:被使用page，数据没有被修改过。
dirty page:脏页，被使用page，数据被修改过，也中数据与磁盘的数据产生了不一致（缓冲区的数据改了，但是磁盘中的数据还没有修改即缓冲区的数据还未刷到磁盘上）。

Change Buffer:更改缓冲区（针对于非唯一二级索引页，即唯一索引和主键索引是不会操作更改缓冲区的)，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，在未来数据被读取时，再将数据合并恢复到Buffer Pool中，再将合并后的数据刷新到磁盘中。 

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

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 默认是开启的。

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 . 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、插入或删除许多行的事务，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。

 

硬盘结构 

 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

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。

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（程序员如果不手动创建则没有此文件）。

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undo log日志。 

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。         

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。 

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。 

后台线程 

后台线程的主要作用是将内存中的数据在合适的时机刷新到磁盘当中。
 

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。

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IOThread主要负责这些IO请求的回调。 

 

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。