MySQL innodb引擎深入讲解

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、回滚段，innodb是索引组织表，数据段就是B+Tree的叶子节点，索引段为非叶子节点，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，即一个区中一共有64个连续的页。

页，是innodb存储引擎磁盘管理的最小单元，每个页的大小为16K，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存储引擎数据是按行进行存储的。Trx_id 最后一次事务 *** 作的id、roll_pointer滚动指针。

i nnodb的内存结构 ，由Buffer Pool、Change Buffer和Log Buffer组成。

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 *** 作的真实数据，在执行增删改查 *** 作时，先 *** 作缓冲池中的数据(若缓冲池么有数据，则从磁盘加载并缓存)，然后再以一定频率刷新磁盘，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:

1、free page 即空闲page，未被使用。

2、clean page 被使用page，数据没有被修改过。

3、dirty page 脏页，被使用page，数据被修改过，这个page当中的数据和磁盘当中的数据 不一致。说得简单点就是缓冲池中的数据改了，磁盘中的没改，因为还没刷写到磁盘。

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 *** 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。

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页，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 *** 作磁盘，会造成大量磁盘IO，有了Change Buffer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。无需人工干预，系统根据情况自动完成。

参数：innodb_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16M，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

innodb_flush_log_at_trx_commit=1 表示日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘

2 表示日志在每次事务提交后写入，并每秒刷新到磁盘一次

0 表示每秒将日志写入并刷新到磁盘一次。

InnoDB 的磁盘结构，由系统表空间(ibdata1)，独立表空间(*.ibd),通用表空间，撤销表空间(undo tablespaces), 临时表空间(Temporary Tablespaces), 双写缓冲区(Doublewrite Buffer files), 重做日志(Redo Log).

系统表空间(ibdata1)： 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者通用表空间中创建的，它也可能包含表和索引数据。

参数为: innodb_data_file_path

独立表空间(*.ibd): 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

通用表空间: 需要通过create tablespace 语法创建，创建表时 可以指定该表空间。

create tablespace xxx add datafile 'file_name' engine=engine_name

create table table_name .... tablespace xxx

撤销表空间(undo tablespaces): 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16K，undo_001,undo_002)，用于存储undo log 日志

临时表空间(Temporary Tablespaces)： innodb使用会话临时表空和全局表空间，存储用 户创建的临时表等数据。

双写缓冲区(Doublewrite Buffer files)： innodb引擎将数据页从Buffer Pool刷新到磁盘前，先将数据页写入缓冲区文件中，便于系统异常时恢复数据。

重做日志(Redo Log)： 是用来实现事务的持久性，该日志文件由两部分组成，重做日志缓冲区(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修改信息都会存储到该日志中，用于在刷新脏页到磁盘时，发送错误时，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ib_logfile0,ib_logfile1。

那内存结构中的数据是如何刷新到磁盘中的? 在MySQL中有4个线程负责刷新日志到磁盘。

1、Master Thread， mysql核心后台线程，负责调度其它线程，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，合并插入缓冲、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 Thead主要负责这些IO请求的回调。

4个读线程 Read thread负责读 *** 作

4个写线程write thread负责写 *** 作

1个Log thread线程 负责将日志缓冲区刷新到磁盘

1个insert buffer线程 负责将写入缓冲区内容刷新到磁盘

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，它可以减轻主线程 的压力，减少阻塞。

事务就是一组 *** 作的集合，它是一个不可分割的工作单位，事务会把所有的 *** 作作为一个整体一起向系统提交或撤销 *** 作请求，即这些 *** 作要么同时成功，要么同时失效。

事务的4大特性分为:

如何保证事务的4大特性，原子性，一致性和持久性是由innodb存储引擎底层的两份日志来保证的，分别是redo log和undo log。对于隔离性是由锁机制和MVCC(多版本并发控制)来实现的。

redo log，称为重做日志，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: 重做日志缓冲redo log buffer及重做日志文件redo log file，前者是在内存中，后者是在磁盘中，当事务提交之后会把所有修改信息都存到该日志文件中，用于在刷新脏页到磁盘，发送错误时，进行数据的恢复使用，从而保证事务的持久性。

具体的 *** 作流程是：

1、客户端发起事务 *** 作，包含多条DML语句。首先去innodb中的buffer pool中的数据页去查找有没有我们要更新的这些数据，如果没有则通过后台线程从磁盘中加载到buffer pool对应的数据页中，然后就可以在缓冲池中进行数据 *** 作了。

2、此时缓冲池中的数据页发生了变更，还没刷写到磁盘，这个数据页称为脏页。脏页不是实时刷新到磁盘的，而是根据你配置的刷写策略进行刷写到磁盘的（innodb_flush_log_at_trx_commit，0,1,2三个值）。如果脏页在往磁盘刷新的时候出现了故障，会丢失数据，导致事务的持久性得不到保证。为了避免这种现象，当对缓冲池中的数据进行增删改 *** 作时，会把增删改记录到redo log buffer当中，redo log buffer会把数据页的物理变更持久化到磁盘文件中(ib_logfile0/ib_logfile1)。如果脏页刷新失败，就可以通过这两个日志文件进行恢复。

undo log，它是用来解决事务的原子性的，也称为回滚日志。用于记录数据被修改前的信息，作用包括:提供回滚和MVCC多版本并发控制。

undo log和redo log的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，undo log中会记录一条对应的insert记录，当update一条记录时，它记录一条对应相反的update记录，当执行rollback时，就可以从undo log中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。

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，因为这些日子可能用于MVCC。

undo log存储: undo log 采用段的方式进行管理和记录，存放在前面介绍的rollback segment回滚段中，内部包含1024个undo log segment。

mvcc(multi-Version Concurrency Control),多版本并发控制，指维护一个数据的多个版本，使得读写 *** 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中的三个隐式字段，undo log日志、readView。

read committed 每次select 都生成一个快照读

repeatable read 开启事务后第一个select语句才是快照读的地方

serializable 快照读会退化为当前读。

mvcc的实现原理

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该记录的事务ID

DB_ROLL_PTR: 回滚指针，指向这条记录的上一个版本，用于配合undo log，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。

m_ids当前活跃的事务ID集合

min_trx_id: 最小活跃事务id

max_trx_id: 预分配事务ID，当前最大事务id+1，因为事务id是自增的

creator_trx_id: ReadView创建者的事务ID

版本链数据访问规则:

trx_id: 表示当前的事务ID

1、trx_id == creator_trx_id? 可以访问读版本-->成立的话,说明数据是当前这个事务更改的

2、trx_id 成立,说明数据已经提交了。

3、trx_id>max_trx_id？不可用访问读版本->成立的话，说明该事务是在ReadView生成后才开启的。

4、min_trx_id

MySQL 可能是最著名的 关系数据库管理系统 (RDBMS),作为一款免费开源软件开发，最初由 MYSQL AB 公司提供支持，但现在归 Oracle 所有。

在 MySQL 中，用于表的“存储引擎”决定了数据的处理方式。有几种可用的存储引擎，但最常用的是 InnoDB 和 MyISAM 。

在本文中，我们将了解它们的显着特征以及它们之间的主要区别。

在本教程中，您将学习：

在我们讨论两个主要 MySQL 存储引擎之间的特性和区别之前，先来了解一下什么是存储引擎？

存储引擎，也称为“ 表处理程序 ”，基本上是解释和管理与数据库表的 SQL 查询相关的 *** 作的数据库部分。

在最新版本的 MySQL 中，可以使用“ 可插拔 ”架构来组织和管理存储引擎，存在多种存储引擎，但最常用的两个是 InnoDB 和 MyISAM 。

要获得我们正在使用的数据库中可用存储引擎的列表，我们所要做的就是发出一个简单的 SQL 查询，因此我们需要做的第一件事就是打开一个 MySQL 交互式提示并使用数据库用户登录及其密码：

如果登录成功，提示将变为mysql>，在这里，我们可以运行我们的 SQL 查询来可视化可用的存储引擎：

执行查询后，我们应该获得类似于以下内容的结果：

在上表中，作为查询结果生成，我们可以通过查看Support每行列中的值轻松了解支持哪些存储引擎，“YES”值表示存储引擎可用，否则“NO”。相反，同一列中的“DEFAULT”值表示相应的引擎（在本例中为 InnoDB）是服务器使用的默认引擎。

“ Transactions ”和“ Savepoints ”列中存在的值分别表示存储引擎是否支持事务和回滚。正如我们通过查看表可以看到的，只有 InnoDB 引擎可以。

关于存储引擎的信息存在于“ INFORMATION_SCHEMA ”数据库的“ ENGINES ”表中，因此我们也可以发出标准的“SELECT”查询来获取我们需要的数据：

我们将获得与上面看到的相同的结果。

让我们看看两个最常用的存储引擎 InnoDB 和 MyISAM 之间的主要特性和区别是什么。

正如我们已经说过的， InnoDB 是自 MySQL 以来的默认存储引擎5.5。

此存储引擎的一些主要功能如下：

对事务的支持提供了一种安全的方式来执行多个查询以保持数据一致。

当多个修改数据的 *** 作被执行并且我们想要确保它们只有在所有 *** 作都成功并且没有错误发生时才有效时，我们想要使用事务。

典型的处理方式是启动事务并执行查询：如果出现错误，则执行回滚，否则提交更改。

当使用 InnoDB 数据锁定发生在行级别时，因此在事务期间锁定的数据量是有限的。

InnoDB 有两种类型的锁：

一个共享锁允许谁拥有它读取该行的交易，而一个排它锁允许交易执行其修改行的 *** 作，所以要更新或删除数据。

当一个事务在某行上获得共享锁，而另一个事务需要相同的锁类型时，立即授予；但是，如果第二个事务在同一行上请求排他锁，它将不得不等待。

如果第一个事务持有该行的排他锁，则第二个事务将不得不等待该锁被释放以获得共享锁或排他锁。

外键是一个非常重要的特性，因为它们可用于基于表之间的逻辑关系来强制执行数据完整性。想象一下，我们的数据库中有三个表（假设它被称为“testdb”）：一个user包含现有用户的job表，一个注册所有可用作业的user_job表，以及一个用于表示用户和用户之间存在的多对多关系的表。作业（一个用户可以有多个作业，多个作业可以与同一个用户关联）。

该user_job表就是所谓的连接表或关联表，因为它的唯一目的是表示用户-工作关联。该表有两列，一个叫user_id和其他job id。表中会存在两个外键约束，强制执行以下规则：user_id列中的值只能引用表id列中的值，列中的user值job_id必须引用表id列中的现有值job.

这将强制执行完整性，因为仅允许现有用户和作业的 ID 存在于关联表中。删除涉及表中一个或多个关联的用户或作业user_job也是不允许的，除非为相应的外键设置了CASCADE DELETE规则。在这种情况下，当删除用户或作业时，它们所涉及的关系也将被删除。

MyISAM 曾经是默认的 MySQL 存储引擎，但已被 InnoDB 取代。使用此引擎时，数据锁定发生在表级别，因此执行 *** 作时锁定的数据更多。

与 InnoDB 不同，MyISAM 不支持事务回滚和提交，因此必须手动执行回滚。MyISAM 和 InnoDB 之间的另一个很大区别是前者不支持外键。MyISAM 更简单，并且在对有限数据集进行读取密集型 *** 作时可能具有优势（有争议）。

在表上使用 MyISAM 时，会设置一个标志，指示该表是否需要修复，例如在突然关闭之后。稍后可以使用适当的工具执行表修复。

如何知道特定表使用了什么存储引擎？我们所要做的就是发出一个简单的查询。

例如，要知道user我们在前面的例子中提到的表使用了什么存储引擎，我们将运行：

注意上面的查询我们使用了G，为了让查询结果垂直显示，优化空间。执行查询后，我们将获得以下结果：

在这种情况下，通过查看“Engine”列中存储的值，我们可以清楚地看到该表使用的是“InnoDB”引擎。获取相同信息的另一种方法是INFORMATION_SCHEMA.TABLES直接查询表：

上面的查询将只返回表使用的引擎：

如果我们稍微更改查询，我们可以获得数据库中所有表名的列表以及它们使用的引擎：

如果我们要为一个表设置一个特定的存储引擎，我们可以在创建时指定它。例如，假设我们正在创建job表，并且出于某种原因我们想要使用 MyISAM 存储引擎。我们将发出以下 SQL 查询：

相反，如果我们想要更改用于已存在表的存储引擎，我们只需要使用ALTERSQL 语句。假设我们要将上一个示例中创建的“job”表所使用的存储引擎更改为 InnoDB；我们会运行：

在本教程中，我们学习了什么是数据库存储引擎，并且我们看到了两个最常用的 MySQL 引擎的主要特性： InnoDB 和 MyISAM 。

我们看到了如何检查哪些引擎可用、哪些引擎用于表以及如何使用 SQL 查询设置和修改表引擎。

1、MySQL常见的存储引擎有：InnoDB、MyISAM。

2、Mysql 5.0之后的版本，默认的存储引擎就是InnoDB。

3、各自主要特点有：

事务：MyISAM不支持，InnoDB支持。

锁级别： MyISAM 表级锁，InnoDB 行级锁及外键约束。

MyISAM存储表的总行数；InnoDB不存储总行数。

MyISAM采用非聚集索引，B+树叶子存储指向数据文件的指针。InnoDB主键索引采用聚集索引，B+树叶子存储数据。

MyISAM适合场景： 插入不频繁，查询非常频繁，如果执行大量的SELECT，MyISAM是更好的选择， 没有事务。

InnoDB适合场景： 可靠性要求比较高，或者要求事务； 表更新和查询都相当的频繁， 大量的INSERT或UPDATE。

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