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# 1.逻辑存储结构

InnoDB逻辑存储结构如下图

image.png 简单介绍一下各个部分：

  • 表空间Tablespace：表空间是InnoDB存储引擎逻辑结构的最高层，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Segment：分为数据段、索引段、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+数的非叶子节点。段用来管理多个Extent(区)。
  • 区Extent：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page：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中申请4-5个区。
  • 行row：行，InnoDB存储引擎数据是按行进行存放的。默认有两个隐藏字段：Trx_id:每次对某条记录进行改动时，都会把对应的事物id赋值给trx_id隐藏列。Roll_pointer:每次对某条记录进行改动时，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.内存架构

image.png

在mysql的内存结构中，主要分为四大块：BufferPool、ChangeBuffer、Adaptive Hash Index、Log Buffer。

  • BufferPool：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（若缓冲池中没有数据、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（就比如图中的一个个方块），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，被使用page，数据被修改过，池中数据与磁盘的数据产生了不一致。
  • Change Buffer：更改缓冲区（在mysql5系列中叫insertBuffer，叫插入缓冲区，在mysql8.0以后称为更改缓冲区。针对于非唯一二级索引页，主键索引和唯一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ChangeBuffer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：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 **
  • 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、插入或者删除许多行的事物，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，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。

# 3.磁盘结构

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  • 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:每个表的独立表空间，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。
  • 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。
  • Undo Tablespaces:撤销表空间，MySQL实例在初始化时会自动创建俩个默认的undo表空间（初始大小16k），用于存储undo log日志。
  • Temporary Tablespaces：临时表空间，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，会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，该日志文件由俩部分组成：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。

# 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.

  • 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。
  • 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。

image.png show engine innodb status \G; 可以通过这个命令查看各个Thread信息。

  • 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。
  • Page Cleaner Thread：协助Master Thread 刷新增液到磁盘的线程，它可以减轻Master Thread的工作压力。减少阻塞。