MySQL进阶篇4-InnoDB引擎和MySQL管理_mysql innodb引擎

InnoDB引擎

逻辑存储结构

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，分为数据段、索引段和回滚段。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，即一个区中一个有64个连续的页。

页，是InnoDB存储引擎磁盘管理的最小单元，每一个页的大小默认为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。

行，InnoDB存储引擎是按照行进行存放的。

trx_id：每次对每条记录进行改动时，都会把对应的事务id赋值给trx_id隐藏列。

roll_pointer：每次对行记录进行改动时，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

在MySQL5.5版本开始，默认使用InnoDB存储引擎，它擅长处理事务，具有崩溃恢复特性，在日常开发中使用非常广泛。

内存结构：

缓冲池：

缓冲池是主内存中的一个区域，里边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（若缓冲池中没有数据，则从磁盘中加载并缓存），然后再以一定频率刷新到磁盘，从而减少磁盘缓存，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，页中数据与磁盘的数据不一致。

更改缓冲区：

change buffer，针对于非唯一 （二级索引页），在执行DML语句时，如果这些page没有在buffer poll中，不会直接操作磁盘，而会将数据变更存在更改缓冲区中。在未来数据被读取时，再将数据合并恢复到Buffer poll中，再将合并后的数据刷到磁盘中。

日志缓冲区：

用来保存写入到磁盘的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：

1、indodb_log_buffer_size：缓冲区大小

2、innodb_flush_log_at_trx_commit：日志刷新到磁盘

参数=1：日志在每次事务提交时，写入并刷新到磁盘；

参数=0：每秒将日志写入并刷新到磁盘一次

参数=2：日志在每次事务提交后写入，并每秒刷新到磁盘一次。

自适应hash索引：

在InnoDB引擎中，采用的是B+树索引，而不是hash索引。哈希索引不能采用范围查询，只能采用等值查询。所以，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hash索引，无需人工干预，是系统根据情况自动完成。

参数：adaptive_hash_index

磁盘结构：

system tablespace：

系统表空间，是change buffer的存储区域。如果表是在系统空间而不是每个表文件或者通用表空间中创建的，它也可能包含表和索引数据。（在MySQL5版本之中，还包含InnoDB数据字典、undolog等）

参数：Innodb_data_file_path

file-per-table tablespace

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，默认开启，每张表都会生成一张表空间文件。.ibd文件，存放的是表结构和表数据和索引。

General tablespace：

通用表空间，需要通过create tablespace 语法来创建通用表空间，在创建表时，可以指定该表空间。

create tablespace ts add datafile 'filename' engine=innodb;

create table tableName tablespace ts;

undo tablespace:

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（初始大小为16M），用来存储undo log日志。 undo001 undo002两个文件。

temporary tablespace：

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，先将数据页写入到双写缓冲区中，便于系统异常时恢复数据。

ib_xxx_0.dblwr

ib_xxx_1.dblwr

这还是双写缓冲区的文件。

Redo Log：

重做日志，用来实现事务的持久性。该日志由两部分组成：

1、重做日志缓冲（redo log buffer）：在内存；

2、重做日志文件（redo log）：在磁盘；

当事务提交之后，会把所有修改信息都会存放到该日志中，用于在刷新脏页到磁盘中时，发生错误时，进行数据恢复使用。

【事务提交之后，redo log意义不大了，每隔一段时间清理一次。】

后台线程：

内存中的数据是如何刷新到磁盘上的呢？

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，使用了大量的AIO来处理IO请求，这样可以极大的提高数据库的性能，而IO Thread主要负责这些IO 请求的回调。

show engine innodb status;

有一段IO的情况；

3、Purge（清除） 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。

事务原理

redo log和undo log 保证了事务的【原子性、一致性、持久性】

锁机制+MVCC保证了事务的【隔离性】

redo log

redo log是如何来保证持久性的呢？

重做日志，记录的是事务提交时，数据页的物理修改，是用来实现事务的持久性。

该日志文件由两部分组成

1、重做日志缓冲（redo log buffer），在内存中。

2、重做日志文件（redo log file），在磁盘中。

当事务提交之后，会把所有的修改信息都存在该日志文件中。用于在刷新脏页到磁盘，发生错误时，进行数据恢复使用。

【个人理解：当进行增删改时，先从Buffer Pool中找记录，如果没有，就从磁盘查找，然后加载的Buffer Pool中，在缓冲池中修改数据。当修改数据后【缓冲池中的数据和磁盘中的不一致，被称为脏页，脏页并不是实时刷新到磁盘的，后台线程会每隔一段时间，将脏页变化的数据，刷新到磁盘中】，同时会把修改数据的信息记录的redo log Buffer中，当事务提交之后，会将redolog Buffer刷新到磁盘中，当刷新脏页到磁盘中出现问题的时候，采用redolog file来恢复数据。】

为什么不在事务提交之后，将缓冲池中的数据直接刷新到磁盘呢？还要将redolog Buffer刷新到磁盘当中呢？

【如果每次提交，直接将Buffer Pool当中的数据直接刷新到磁盘当中，因为数据进行大量增删改，会产生随机磁盘IO，降低数据库性能。而直接使用redolog，因为其是日志文件，日志文件都是追加的，它此时是顺序磁盘IO，它的性能是要高于随机磁盘IO的】，过一段时间之后，就将脏页的数据，刷新到磁盘当中。

undolog

undolog如何解决事务的原子性呢？

回滚日志，用来记录数据被修改之前的信息，作用包含两个：提供 回滚和MVCC（多版本并发控制）。

undolog和redolog记录物理日志不一样，它是逻辑日志。可以认为当delete一条记录时，undolog中会记录一条对应的insert日志，反之亦然（insert->delete）。当update一条数据时，它记录一条对应相反的update记录。当执行rollback时，就可以从undo log中的逻辑记录中，读取到对应的内容，并回滚。

Undo log销毁：undo log在事务执行时产生，事务提交时，并不会立即删除Undo log，因为这些日志还可能用于MVCC。

Undo log存储：undo log采用段的方式进行管理和记录，存放在rollback segment回滚段当中，内部包含1024个undo log segment。

MVCC

基本概念：

1、当前读

读取的是记录的最新版本，读取时还要保证其它并发事务不能修改当前记录，会对读取的事务进行加锁。

select ..................lock in share mode（共享锁）

select ..................for update、 update、insert、delete都是排他锁，都是当前读。

例如：两个会话同时开启事务，会话1select查询，会话2update，即使会话2提交了，会话1的查询还是不变，因为MySQL设置的隔离级别为可重复读，所以读取不到最新的数据 。但是要想读取到最新的数据，可以设置select in share mode。

2、快照读

简单的select（不加锁）就是快照读。快照读，读取的是记录数据的可见版本，有可能是历史数据，不加锁，是非阻塞读。

read committed：每次select，都生成一个快照表

repeatable read：开启事务后，第一个select才是快照读的地方。

serializable：快照读会退化为当前读。

3、MVCC

全称 Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制。维护一个数据的多个版本，使得读写操作没有冲突，快照读为MySQL实现MVCC提供了一个非阻塞读功能。MVCC的具体实现，还需要依赖于数据库记录的三个隐式字段、undolog日志、readView。

MVCC实现原理

1、三个隐藏字段

id age name [db_trx_id、db_roll_ptr、db_row_id]

db_trx_id：最近修改事务ID，记录插入这条记录或最后一次修改记录的事务ID。

db_roll_ptr：回滚指针，指向这条记录的上一个版本，用于配合undoLog，指向上一个版本。

db_row_id：隐藏主键，如果表结构没有指定主键，将会生成该隐藏字段。

查看ibd文件的数据字典的信息：

ibd2sdi stu.ibd，可以看到隐藏字段。

2、undo log日志

回滚日志，在insert、update、delete的时候，产生的便于数据回滚的日志。

当insert的时候，产生的undo log日志只在回滚时需要，在事务提交之后，可以被立即删除。

而update、delete的时候，产生的undo log日志不仅在回滚时需要，在快照读的时候也需要，不会被立即删除。

undo log 版本链：

不同事务或者是相同事务对同一条记录进行修改，会导致该记录的undo log生成一条记录版本链条，链表的头部是最新的旧记录，链表的尾部是最早的旧记录。

3、read view

读视图，是快照读SQL执行时，MVCC提取数据的依据，记录并维护系统当前活跃的事务（未提交）id。

read view中包含了四个核心字段：

trx_id：代表当前事务ID

trx_id == creator_trx_id ？ 可以访问该版本

trx_id < min_trx_id ？ 可以访问该版本

trx_id > max_trx_id ？ 不可以访问该版本

min_trx_id <= trx_id <= max_trx_id 如果trxid不在m_ids中，是可以访问该版本的。

不同的隔离级别，生成ReadView的时机不同：

read comitted：在事务中，每一次执行快照读时生成readview。

repeatable read：仅在事务中第一次执行快照读时生成readview，后续复用该readview。

MySQL管理

系统数据库

不登录直接执行MySQL语句：

mysql -h192.168.xxxx P3306 -uroot -p1234 pshdhx *-e "select * from emp"*

查看帮助文档：

mysqladmin --help

mysqlbinlog指令

mysqlshow指令

mysqldump指令

mysqldump -uroot -p1234 db01 > db01.sql