MySQL中InnoDB存储引擎详细介绍

embedded/2024/10/11 11:22:13/

介绍

InnoDB是一种兼顾高可靠性高和高性能的通用存储引擎,在MySQL5.5之后,InnoDB是默认的MySQL存储引擎

特点

  1. DML(增删改)操作遵循ACID(事务四大特性)模型,支持事务;
  2. 行级锁,提高并发访问性能
  3. 支持外链FORELGN KEY约束,保证数据的完整性和正确性

文件

xxx.ibd:xxx代表的是表名,innoDB引擎的每张表都会对应这样一个表空间文件,存储该表的表结构、数据和索引

逻辑存储结构

  • 表空间: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

  • :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,段用来管理多个区

  • :表空间的单元结构,每个区的大小为1M,默认情况下,InnoDB存储引擎页的大小为16K,即一个区中有64个连续的页。

  • :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。

  • InnoDB存储引擎数据是按行进行存放的。

    • 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:每次对每条记录进行改动时,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

架构

MySQL5.5版本开始,默认使用InnoDB存储引擎,它擅长事务处理,具有崩溃回复特性,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,右边为磁盘结构

内存结构

  • BufferPool

    缓冲池是主内存中个一个区域,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为单位,底层采用链表数据结构管理Page,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产生了不一致

  • Change buffer

    更改缓冲区(针对于非唯一二级索引),在执行DML语句时,如果这些数据page没有在Buffer Pool,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

    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索引。同样,删除、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Change Buffer后,我们可以在缓冲池种进行合并处理,减少磁盘IO

  • Adaptive Hash Index:自适应hash索引,用户优化对Buffer Pool数据的查询。InnoDB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、插入或删除多行的事务,增加日志缓冲区的大小可以节省磁盘I/O。

    参数:

    • innodb_log_buffer_size:缓冲的大小;

    • innodb_flush_log_at_trx_commit:日志刷新到磁盘时机(有三个值分别为1、0、2)

      • 1:日志每次事务提交时并刷新到磁盘

      • 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

磁盘结构

  • 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版本中含包含InnoDB数据字典、undolog等)

    参数:innodb_data_file_path

  • File-Per 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

  • General Tablespace: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 Tables: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(初始化大小为16M),用于存储undo log日志

  • Tempory TablespaceInnoDB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,先将数据页写入双写缓冲区文件中,便于系统异常时恢复数据。

    文件:#ib_16384_0.dblwr和#ib_16384_1.dblwr

  • 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:重做日志缓冲区以及重做日志文件,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:ib_logfile0和ib_logfile1

后台线程

主要用于将缓冲池的数据刷新到磁盘中。

  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

    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。

  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


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