【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