MySQL存储引擎之InnoDB架构的知识点有哪些

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一、支持的存储引擎

进入MySQL的数据库查看存储引擎就可以看到MySQL数据库所有支持的存储引擎：

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目前有一个引擎Federated不支持，我们只需要清楚其他八种数据库存储就好。

MySQL中常见的数据库引擎有MyISAM、InnoDB、Memory。那么我们就先清楚这三种引擎。

二、InnoDB引擎

InnoDB是MySQL的默认引擎，一个支持事务安全的存储引擎。mysql中数据是存储在物理磁盘上的，而真正的数据处理又是在内存中执行的。由于磁盘的读写速度非常慢，如果每次操作都对磁盘进行频繁读写的话，那么性能就会非常差。

为了上述问题，InnoDB将数据划分为若干页，以页作为磁盘与内存交互的基本单位，一般页的大小为16KB。这样的话，一次性至少读取1页数据到内存中或者将1页数据写入磁盘。通过减少内存与磁盘的交互次数，从而提升性能。

这本质上就是一种典型的缓存设计思想，一般缓存的设计基本都是从时间维度或者空间维度进行考量的：

• 时间维度：如果一条数据正在在被使用，那么在接下来一段时间内大概率还会再被使用。可以认为热点数据缓存都属于这种思路的实现。

• 空间维度：如果一条数据正在在被使用，那么存储在它附近的数据大概率也会很快被使用。InnoDB的数据页和操作系统的页缓存则是这种思路的体现。

下面是官方的InnoDB引擎结构图，主要分为内存结构和磁盘结构两大部分。

内存结构主要包括Buffer Pool、Change Buffer、Adaptive Hash Index和Log Buffer四大组件。

1.Buffer Pool

Buffer Pool由包含数据、索引、insert buffer ,adaptive hash index,lock 信息及数据字典。缓冲池，简称BP。BP以Page页为单位，默认大小16K，BP的底层采用链表数据结构管理Page。在InnoDB访问表记录和索引时会在Page页中缓存，以后使用可以减少磁盘IO操作，提升效率。

缓冲池简单来说就是一块内存区域，通过内存的速度来弥补磁盘速度较慢对数据库性能的影响。在数据库中进行读取页的操作，首先将从磁盘读到的页存放在缓冲池中，这个过程称为将页"FIX"在缓冲池中。下一次再读取相同的页时，首先判断该页是否在缓冲池中。若在缓冲池中，称该页在缓冲池中被命中。直接读取该页。否则读取磁盘上的页。对于数据库中页的修改操作，则首先修改在缓冲池中的页，然后再以一定的频率刷新到磁盘上。这里需要注意的是，页从缓冲池刷新回磁盘的操作并不是每次页发生更新时触发，而是通过一种称为Checkpoint的机制刷新回磁盘。同样这也是为了提高数据库的整体性能。

传统LUR算法

缓冲池是通过LRU(Latest Recent Used，最近最少使用)算法来进行管理的，即最频繁使用的页在LRU列表的最前段，而最少使用的页在LRU列表的尾端，当缓冲池不能存放新读取到的页时，首先释放LRU列表尾端的页：

（1）页已经在缓冲池里，那就只做“移至”LRU头部的动作，而没有页被淘汰；

（2）页不在缓冲池里，除了做“放入”LRU头部的动作，还要做“淘汰”LRU尾部页的动作；

但是InnoDB的LUR算法并不是传统的LUR算法。

这里有两个问题：

（1）预读失效；

（2）缓冲池污染；

我们先了解什么是预读；

预读

磁盘读写，并不是按需读取，而是按页读取，一次至少读一页数据（一般是4K），如果未来要读取的数据就在页中，就能够省去后续的磁盘IO，提高效率。数据访问，通常都遵循“集中读写”的原则，使用一些数据，大概率会使用附近的数据，这就是所谓的“局部性原理”，它表明提前加载是有效的，确实能够减少磁盘IO。

预读失效

由于预读(Read-Ahead)，提前把页放入了缓冲池，但最终MySQL并没有从页中读取数据，称为预读失效。

要优化预读失效，思路是：

（1）让预读失败的页，停留在缓冲池LRU里的时间尽可能短；

（2）让真正被读取的页，才挪到缓冲池LRU的头部；

以保证，真正被读取的热数据留在缓冲池里的时间尽可能长。

具体方法是：

（1）将LRU分为两个部分：

新生代(new sublist)

老生代(old sublist)

（2）新老生代收尾相连，即：新生代的尾(tail)连接着老生代的头(head)；

（3）新页（例如被预读的页）加入缓冲池时，只加入到老生代头部：

如果数据真正被读取（预读成功），才会加入到新生代的头部

如果数据没有被读取，则会比新生代里的“热数据页”更早被淘汰出缓冲池

新老生代改进版LRU仍然解决不了缓冲池污染的问题。

2.Log Buffer

Log Buffer用来缓存重做日志。

InnoDB有两个非常重要的日志：undo log、redo log

（1）通过undo log可以看到数据较早版本，实现MVCC，或回滚事务等功能。

（2）通过redo log用来保证事务持久性。

redo日志缓冲区是内存存储区域，用于保存要写入磁盘上的日志文件的数据。日志缓冲区大小由innodb_log_buffer_size 变量定义，默认大小为16MB。

日志缓冲区的内容定期刷新到磁盘。较大的日志缓冲区可以运行大型事务，而无需在事务提交之前将重做日志数据写入磁盘。因此，如果有更新，插入或删除许多行的事务，则增加日志缓冲区的大小可以节省磁盘I/O。

innodb_flush_log_at_trx_commit ：控制如何将日志缓冲区的内容写入并刷新到磁盘。

innodb_flush_log_at_timeout ：控制日志刷新频率。

如果磁盘I/O导致性能问题，则需要观察事务,例如涉及许多BLOB条目的事务。只要InnoDB日志缓冲区已满，便会将其刷新到磁盘，因此增加缓冲区大小可以减少I/O。

日志文件的缺省数量为两个: ib_logfile0 和 ib_logfile1 。

日志具有固定大小，默认大小取决于MySQL版本。

3.Adaptive Hash Index

Adaptive Hash Index自适应hash索引是一种键值对的存储结构，存储的是热点页所在的记录。InnoDB存储引擎会自动根据访问的频率和模式 来为某些页建立哈希索引。

上面的图就是区分B+树索引和自适应hash索引的区别。 通过参数innodb_adaptive_hash_index来禁用或启动此特性，默认为开启。

4.Change Buffer

Change Buffer：MySQL中数据分为内存和磁盘两个部分；在buffer pool中缓存热的数据页和索引页，减少磁盘读；通过change buffer就是为了缓解磁盘写的一种手段。

当需要更新一个数据页时，如果数据页在内存中就直接更新。如果数据页不在内存中。在不影响数据一致性的前下，InooDB 会将这些更新操作缓存在 change buffer 中，这样就不需要从磁盘中读入这个数据页了。在下次查询需要访问这个数据页的时候，将数据页读入内存，然后执行 change buffer 中与这个页有关的操作。通过这种方式就能保证这个数据逻辑的正确性。

虽然名字叫作 change buffer，实际上它是可以持久化的数据。也就是说，change buffer 在内存中有拷贝，也会被写入到磁盘上（ibdata）。

 将 change buffer 中的操作合并到原数据页，得到最新结果的过程称为 merge。以下情况会触发merge：

• 访问这个数据页；

• 后台master线程会定期 merge；

• 数据库缓冲池不够用时；

• 数据库正常关闭时；

• redo log写满时；

change buffer就是在非唯一普通索引页不在buffer pool中时，对页进行了写操作的情况下，先将记录变更缓冲，等未来数据被读取时，再将 change buffer 中的操作merge到原数据页的技术。在MySQL5.5之前，叫插入缓冲(insert buffer)，只针对insert做了优化；现在对delete和update也有效，叫做写缓冲(change buffer)。

到此，相信大家对“MySQL存储引擎之InnoDB架构的知识点有哪些”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是创新互联网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！

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