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MySQL-SQL InnoDB引擎（上）

作者：我家自动化 | 2024-04-23 14:37:38

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3). Adaptive Hash Index

4). Log Buffer

2.3 磁盘结构

1). System Tablespace

2). File-Per-Table Tablespaces

3). General Tablespaces

A. 创建表空间

B. 创建表时指定表空间

4). Undo Tablespaces

5). Temporary Tablespaces

6). Doublewrite Buffer Files

4). Page Cleaner Thread

1 逻辑存储结构

InnoDB 的逻辑存储结构如下图所示 :

1). 表空间

表空间是 InnoDB 存储引擎逻辑结构的最高层，如果用户启用了参数 innodb_file_per_table( 在8.0 版本中默认开启 ) ，则每张表都会有一个表空间（ xxx.ibd ），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

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。段用来管理多个 Extent （区）。

3). 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。

4). 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。

5). 行

行，InnoDB 存储引擎数据是按行进行存放的。

在行中，默认有两个隐藏字段：

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。

2 架构

2.1 概述

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，左侧为内存结构，右侧为磁盘结构。

6.2.2 内存结构

在左侧的内存结构中，主要分为这么四大块儿： Buffer Pool 、 Change Buffer 、 Adaptive

Hash Index 、 Log Buffer 。接下来介绍一下这四个部分。

1). Buffer Pool

InnoDB 存储引擎基于磁盘文件存储，访问物理硬盘和在内存中进行访问，速度相差很大，为了尽可能弥补这两者之间的 I/O 效率的差值，就需要把经常使用的数据加载到缓冲池中，避免每次访问都进行磁盘 I/O 。

在 InnoDB 的缓冲池中不仅缓存了索引页和数据页，还包含了 undo 页、插入缓存、自适应哈希索引以及InnoDB 的锁信息等等。

缓冲池 Buffer Pool ，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。

在专用服务器上，通常将多达 80 ％的物理内存分配给缓冲池。参数设置： show variables

like 'innodb_buffer_pool_size';

2). Change Buffer

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，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 的意义是什么呢 ?

先来看一幅图，这个是二级索引的结构图：

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 。

3). Adaptive Hash Index

自适应 hash 索引，用于优化对 Buffer Pool 数据的查询。 MySQL 的 innoDB 引擎中虽然没有直接支持

hash 索引，但是给我们提供了一个功能就是这个自适应 hash 索引。因为前面我们讲到过， hash 索引在进行等值匹配时，一般性能是要高于 B+ 树的，因为 hash 索引一般只需要一次 IO 即可，而 B+ 树，可能需要几次匹配，所以 hash 索引的效率要高，但是 hash 索引又不适合做范围查询、模糊匹配等。

InnoDB 存储引擎会监控对表上各索引页的查询，如果观察到在特定的条件下 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

4). Log Buffer

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 ：日志刷新到磁盘时机，取值主要包含以下三个：

1: 日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘，默认值。

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。

2.3 磁盘结构

接下来，再来看看 InnoDB 体系结构的右边部分，也就是磁盘结构：

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

系统表空间，默认的文件名叫 ibdata1。

2). File-Per-Table Tablespaces

如果开启了 innodb_file_per_table 开关，则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。

开关参数： innodb_file_per_table ，该参数默认开启。

那也就是说，我们没创建一个表，都会产生一个表空间文件，如图：

3). 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。

A. 创建表空间

CREATE TABLESPACE ts_name ADD DATAFILE 'file_name' ENGINE = engine_name;

B. 创建表时指定表空间

CREATE TABLE xxx ... TABLESPACE ts_name;

4). 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。

5). 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。

6). 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。

7). 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：

前面我们介绍了 InnoDB 的内存结构，以及磁盘结构，那么内存中我们所更新的数据，又是如何到磁盘中的呢？此时，就涉及到一组后台线程，接下来，就来介绍一些 InnoDB 中涉及到的后台线程。

2.4 后台线程

在 InnoDB 的后台线程中，分为 4 类，分别是： Master Thread 、 IO Thread 、 Purge Thread 、

Page Cleaner Thread 。

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 IO

Thread 主要负责这些 IO 请求的回调。

我们可以通过以下的这条指令，查看到InnoDB的状态信息，其中就包含IO Thread信息。

show engine innodb status \G;

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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MySQL-SQL InnoDB引擎 （上）

1 逻辑存储结构

1). 表空间

2). 段

3). 区

4). 页

5). 行

2 架构

2.1 概述

6.2.2 内存结构

1). Buffer Pool

2). Change Buffer

3). Adaptive Hash Index

4). Log Buffer

2.3 磁盘结构

1). System Tablespace

2). File-Per-Table Tablespaces

3). General Tablespaces

A. 创建表空间

B. 创建表时指定表空间

4). Undo Tablespaces

5). Temporary Tablespaces

6). Doublewrite Buffer Files

7). Redo Log

2.4 后台线程

1). Master Thread

2). IO Thread

3). Purge Thread

4). Page Cleaner Thread

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