【Mysql】InnoDB存储引擎

柔情只为你懂 2021-11-23 03:14 387阅读 0赞

作为后端开发，一直对经常打交道的Mysql的存储引擎和底层实现不熟悉，看了[MySQL技术内幕-InnoDB存储引擎][MySQL_-InnoDB]一书，有了一些初步认识，总结一些关键要点与大家分享。

## 1 InnoDB体系架构 ##

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InnoDB存储引擎有多个内存块组成了一个大的内存池，负责维护进程/线程访问的数据结构，缓存磁盘数据，重做日志（redo log）缓冲等。后台进程负责刷新内存池数据，保证最新，数据库异常时能恢复到正常运行状态。

### 1-1 后台线程 ###

1.  **Master Thread**  
    核心后台进程，负责将缓冲池数据异步刷新到磁盘，保证数据一致，包括脏页刷新，合并插入缓存，UNDO页回收。
2.  **IO Thread**  
    使用AIO（Async IO）处理IO请求，分别有wirte、read、insert buffer和log IO Thread
3.  **Purge Thread**  
    事务提交后，undolog可能不再需要，Purge Thread 回收已经使用并分配的undolog
4.  **Page clean Thread**  
    脏页刷新工作放入单独的线程完成，减轻Master工作

### 1-2 内存结构 ###

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1.  **重做日志缓冲（redo log buffer）**  
    先将重做日志信息放入这个缓冲区，然后按频率刷新到重做日志文件，默认有8M大小。触发情况有三种：Master Thread每一秒将重做日志缓冲刷新到重做日志文件；每个事物提交；重做缓冲池剩余空间小于二分之一。
2.  **额外内存池**  
    InnoDB中对内存管理是通过内存堆的方式进行的。在对一些数据结构本身的内存进行分配时，需要额外从内存池中申请，当该区域内存不够用时，会从缓冲池中申请。例如分配了缓冲池，但没个缓存池中的帧缓存和对应缓冲控制对象（这些对象记录了一些LRU、锁、等待等信息）需要从额外内存池中申请。
3.  **插入缓冲（insert buffer）**  
    InnoDB存储引擎中，主键是唯一标识符。通常行记录插入顺序是按照主键递增的顺序插入的，因此聚集索引（Primary Key）一般是顺序的，不需要磁盘的随机读取，速度非常快。对于非聚集不唯一的索引，进行插入操作时，数据页存放还是按照主键顺序存放，但对于非聚集索引叶子节点插入不再是顺序的，需要离散的访问非聚集索引页（B+树），随机读取存在导致插入速度下降。  
    InnoDB开创性设计了Insert Buffer，对于非聚集索引插入/更新，不是每一次直接插入到索引页。而是先判断要插入的非聚集索引页是否在缓存池中，若在直接插入，不在放入一个Insert buffer对象中，然后以一定频率和情况进行Insert Buffer和辅助索引叶子节点merge（合并）操作，通常能将多个操作合并到一个操作中。  
    Change Buffer是对insert buffer的升级，可以对DML操作都进行缓冲。其内部实现数据结构也是一棵B+树。
4.  **自适应哈希（AHI）**  
    InnoDB存储引擎会监控对表上索引页的查询。如观察到建立哈希索引可以带来速度提升，则建立哈希索引，称之为自适应哈希索引。AHI通过缓冲池的B+树页构造而来，因此建立速度很快，不需要对整张表结构建哈希索引。AHI有一个要求，对这个页的连续访问模式必须是一样的。
5.  **锁信息**  
    InnoDB存储引擎提供一致性的非锁定读，行级锁的支持。latch是轻量级的锁，锁定时间非常短，分为互斥量和读写锁。lock的对象是事务，用来锁定表、页和行，有死锁机制，分为行锁，表锁，意向锁。
6.  **LRU List、Free List 和 Flush List**  
    LRU List：数据库中的缓冲池是通过LRU算法管理的，缓冲池中的页默认16KB，InnoDB对传统LRU做了优化，加入了midpoint位置，参数innodb\_old\_blocks\_pct控制，默认在5/8处，新读取到的页并不放在LRU列表的首部，而是midpoint位置。midpoint之前称为new列表，之后称为old列表。另外引入innodb\_old\_blocks\_time设置读取到mid位置后多久加入到LRU列表的热端。目的是为了防止某些SQL操作（数据或索引扫描）把缓冲池中的页刷出，从而影响效率。  
    Free List：数据库刚启动时，LRU列表是空的，页都存放在Free列表页。当需要从缓冲池分页时，首先从Free列表中查找时候有可用的空闲页，有将该页从Free列表删除，放入LRU列表，若无根据LRU算法，淘汰LRU列表末尾的页。  
    Flush List：LRU列表页被修改后，称为脏页，即缓冲池和磁盘不一致。数据库会通过CHECKPOINT机制将脏页刷回磁盘，Flush列表中的页即为脏页列表。脏页既存在LRU列表也存在Flush列表中。

### 1-3 日志系统 ###

参考：[redo log、binlog、undo log 区别与作用][redo log_binlog_undo log]

### 1-4 存储引擎索引  ###

InnoDB支持以下几种常见的索引

*  B+树索引
 *  全文索引
 *  哈希索引

[MySQL_-InnoDB]: https://www.baidu.com/s?ie=utf-8&f=8&rsv_bp=1&rsv_idx=1&tn=baidu&wd=MySQL%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%86%85%E5%B9%95-InnoDB%E5%AD%98%E5%82%A8%E5%BC%95%E6%93%8E&rsv_pq=b3d9fdad0004bc0c&rsv_t=bd991FuVGTZ4R73sUqfGYMC%2F8AUAUUdUH4C%2BNiPUDeuB1pGTWScUBbt7aMQ&rqlang=cn&rsv_enter=1&rsv_dl=tb&rsv_sug3=2&rsv_sug1=2&rsv_sug7=101&rsv_n=2&rsv_sug2=0&inputT=11615&rsv_sug4=11615
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[redo log_binlog_undo log]: https://blog.csdn.net/u010002184/article/details/88526708