【MySQL基本功系列】第二篇 InnoDB存储引擎的架构设计

news2024/10/7 16:26:45

通过上一篇文章，我们简要了解了MySQL的运行逻辑，从用户请求到最终将数据写入磁盘的整个过程。当数据写入磁盘时，存储引擎扮演着关键的角色，它负责实际的数据存储和检索。在MySQL中，有多个存储引擎可供选择，每个存储引擎都具有不同的特性和适用场景，但目前最常用的存储引擎之一是InnoDB。今天，我们将了解InnoDB存储引擎的架构设计和核心特点。

InnoDB存储引擎几大特性：

缓冲池（Buffer Pool）

缓冲池是InnoDB内部的一个重要内存结构，用于高效管理数据库表的数据和索引的缓存。

它在内存中存储了常用的数据页，以加速数据的读取和写入。

例如，我们要更新一条sql

UPDATE users set name='张老三' WHERE id = 1

这个时候，它会先找 id = 1 这行数据是否在缓冲池中，如果不在，就将这条数据从磁盘加载到缓存池中。

undo log

执行这个更新语句的话，就需要考虑如果这次更新是在一个事务里，事务提交成功之前可能会对数据进行回滚。

为了方便回滚，写入新的数据到内存(缓冲池之前)，会把更新之前的数据，也就是说原来的数据写入undo log文件。

当我们把要更新的那行记录从磁盘文件加载到缓冲池，同时把更新前的旧值写入undo日志文件之后，就可以正式开始更新这行记录了。
在这里插入图片描述

Rodo Log

现在已经把内存里(缓冲池)的数据进行了修改，但是磁盘上的数据还没修改。

如果这时候MySQL机器宕机了，导致内存里修改过的数据丢失，应该怎么办呢？

为了防止这种情况发生，InnoDB 存储引擎在处理事务时采用了一种称为"write-ahead logging" (WAL) 的机制。

这意味着在更新 Buffer Pool（缓冲池，用于缓存数据页）时，会同时更新 Redo Log（重做日志）。

这是为了确保事务的持久性和一致性。

根据前面所讲，这时候Rodo Log的信息还存在内存中，当提交事务的时候，InnoDB会把Rodo Log中的内容写入到磁盘，目的是防止提交事务之后，发生意外宕机导致已提交事务的数据发生丢失。
在这里插入图片描述

把Rodo Log从内存写入磁盘由innodb_flush_log_at_trx_commit 参数进行控制：

1. innodb_flush_log_at_trx_commit = 0：

每个事务提交时，并不会立即将事务日志刷新到磁盘，而是每秒执行一次日志刷新操作。
也就是说，提交事务之后，mysql宕机，那么此时redo日志没有刷盘，导致内存（MySQL内存）里的redo日志丢失，我们提交的事务更新的数据就丢失了。
可能会丢失最多一秒钟的事务。

2. innodb_flush_log_at_trx_commit = 1（默认值）：

每次事务提交时，都会将事务日志立即刷新到磁盘。
这种配置提供了 最高的事务持久性 ，因为在事务提交后，日志已经被写入磁盘，即使系统崩溃，也能够最小程度地丢失数据。

3. innodb_flush_log_at_trx_commit = 2：

每次事务提交时，事务日志会被写入到操作系统的缓存，而不是直接刷新到磁盘。
然后，日志会被每秒钟刷新到磁盘。这样可以提高性能，同时在机器崩溃时可能会丢失最多一秒钟的事务。

所以对于数据库这样严格的系统而言，一般建议redo日志刷盘策略设置为1，保证事务提交之后，数据绝对不能丢失。

当然，我们应该根据业务需要适当调整配置。

最后，我们来总结一下上述步骤：

检查缓冲池中是否存在数据：

首先，InnoDB 将检查缓冲池中是否已经存在需要更新的数据页。缓冲池是一个内存区域，用于存储数据库表的数据页，以提高读取和写入性能。

从磁盘读取数据页到缓冲池：

如果数据页不在缓冲池中，InnoDB 将从磁盘读取相应的数据页到缓冲池中。这是因为在更新操作之前，数据通常首先被读取到内存中进行修改。

更新 Undo Log：

在更新数据之前，InnoDB 会先将修改前的数据记录到 Undo Log 中。这是为了提供事务的回滚能力，在需要时可以撤销已提交事务的更改。

更新 Redo Log 和缓冲池中的数据：

数据页在缓冲池中被更新，同时相应的修改操作也会被记录到 Redo Log 中。这是为了确保即使在事务提交后，对数据的修改也能够在崩溃恢复时重新应用，维护数据的一致性。
数据在缓冲池中的修改是在内存中进行的，这样可以提高写入性能。而 Redo Log 的更新是在事务提交时进行的，确保已提交的事务更改被持久化。