什么是InnoDB存储引擎

InnoDB是MySQL的默认存储引擎，它是一个事务安全的存储引擎，支持行级锁定和外键约束。InnoDB为MySQL提供了高性能、高可靠性和高可用性的解决方案。

InnoDB 的核心特点和功能

• 事务支持：InnoDB支持ACID事务特性，保证了数据的一致性和完整性。
• ACID 属性：
  • 原子性 (Atomicity)：确保事务中的所有操作要么全部完成，要么全部不做。
  • 一致性 (Consistency)：确保事务完成后数据库处于一致的状态。
  • 隔离性 (Isolation)：确保并发事务之间互不干扰，每个事务在执行时都不会看到其他事务的中间状态。
  • 持久性 (Durability)：确保一旦事务提交，其结果是永久性的，即使发生系统崩溃也不会丢失。
• 行级锁定：InnoDB使用行级锁定，只有被修改的行会被锁定，提高了并发性能。
• 外键支持：InnoDB支持外键约束，有助于维护数据的完整性。
• 崩溃恢复：InnoDB提供了崩溃恢复能力，即使在系统崩溃后也能保证数据的完整性。
• 性能优化：InnoDB通过多种机制优化性能，如缓冲池、自适应哈希索引等。

逻辑存储结构

InnoDB 逻辑存储单元主要分为：表空间（Tablespaces）、段（Segments）、区（Extent）、页（Page）、行（Row）

1. 表空间：InnoDB使用表空间来管理存储表和索引的数据文件。每个表空间包含一个或多个数据文件，这些文件实际上存储数据表和索引
2. 段：InnoDB将每个表空间划分为多个段，用于存储不同类型的数据。主要的段类型包括数据段、索引段、回滚段和系统段。数据段就是B+树的叶子节点， 索引段即为B+树的 非叶子节点
3. 区：每个段由一组区组成，每个区的大小通常为1MB。区是InnoDB中进行磁盘读写的最小单元，它包含了一组连续的数据页
4. 页：区又由一组页组成，通常为16KB大小。页是InnoDB存储数据的最小单位，它可以包含表的行数据、索引数据以及其他管理信息
5. 行：InnoDB使用"B+树"索引结构来组织数据。数据行存储在表的叶子页中，每一行代表一条记录。行数据包括所有列的值以及一些额外的管理信息

架构

内存结构

InnoDB的底层结构主要由内存结构和磁盘结构组成。

1. Buffer Pool (缓冲池)：它是 InnoDB 的核心组件之一，用于缓存表的数据页和索引页，减少对磁盘 I/O 的访问次数。缓冲池中的数据页在事务提交时会根据需要刷新到磁盘。

2. Change Buffer（变更缓冲区）：对于非唯一二级索引的插入操作，如果所在的数据页尚未加载到缓冲池中，InnoDB 会将这部分修改暂存在变更缓冲区中，待后续数据页加载到缓冲池时再合并写入。

3. Adaptive Hash Index（自适应哈希索引）：InnoDB 会根据查询模式自动生成哈希索引，加快某些查询的性能。

4. Log Buffer（日志缓冲区）：存储待写入重做日志文件（redo log）的事务日志记录，以确保事务的持久性和崩溃恢复能力。

 磁盘结构

1. System Tablespace（系统表空间）: 系统表空间是数据库管理系统（DBMS）中的一个重要组件。它包含了系统表、用户表的元数据以及其他系统级数据。系统表空间通常以文件的形式存在，例如在MySQL中，系统表空间通常是由一个或多个.ibd或.frm文件组成。系统表空间对于数据库的正常运行至关重要。
2. File-Per-Table Tablespaces（独立表空间）: 在一些数据库系统（如MySQL的InnoDB存储引擎）中，可以配置为每个表使用独立的表空间文件。这种配置方式称为"File-Per-Table"。每个表拥有自己的表空间文件，包括数据和索引。这种设计使得表的备份和恢复更加方便，并提供更好的性能和扩展性，同时减少数据碎片化的问题。
3. General Tablespaces（通用表空间）: 通用表空间是MySQL 5.7版本中引入的特性。通用表空间允许将多个表存储在一个或多个共享表空间文件中。这种方式便于管理和维护数据库对象，可以更灵活地进行数据迁移和备份。
4. Undo Tablespaces（撤消表空间）: 撤消表空间用于存储事务的撤消日志，也被称为回滚日志。在数据库中，事务修改数据时，撤消日志记录了对数据所做的修改，以便在回滚操作或崩溃恢复时撤销或恢复事务。
5. Temporary Tablespaces（临时表空间）: 临时表空间用于存储临时表、排序和哈希操作等过程中的临时数据。这些临时数据在操作完成后会自动清除，临时表空间通常具有较高的性能要求。
6. Doublewrite Buffer Files（双写缓冲）: 双写缓冲是InnoDB存储引擎中的一项机制，用于提高数据的写入可靠性。当InnoDB执行写入操作时，会先将数据写入双写缓冲区（一个内存缓冲区），然后再异步地将数据写入磁盘，以保证数据的一致性和可靠性。
7. Redo Log（重做日志）: 重做日志是数据库管理系统中的一种日志机制，用于记录已经发生的事务操作。在数据库发生故障或崩溃时，通过重做日志可以将未提交的事务重新应用到数据库，恢复到故障发生前的状态。重做日志通常以文件的形式存在，是数据库持久性和可恢复性的重要保障。

总结：

1、InnoDB引擎的结构分为内存结构和磁盘结构。
2、内存结构由缓冲池（Buffer Pool），写缓冲（Change Buffer），日志缓冲（ Log Buffer），自适应hash索引（Adaptive Hash Index）组成。
3、缓冲池（Buffer Pool）主要是缓存表数据与索引数据，加快访问速度。内部采用基于LRU算法的变体算法来管理缓存对象。
4、写缓冲（Change Buffer）主要是缓存辅助索引的更新操作，加快辅助索引的更新速度。
5、日志缓冲（ Log Buffer）使大型事务可以运行，而无需在事务提交之前将redo日志数据写入磁盘，节省了磁盘I/O。注意事务提交时刷redo log有三种策略。