目录

一、逻辑存储结构

1. 表空间

2. 段

3. 区

4. 页

5. 行

二、架构

1. 简介

2. 内存结构（四部分）

Buffer Pool

Change Buffer

Adaptive Hash Index

Log Buffer

3. 磁盘结构（七部分）

System Tablespace

File-Per-Table Tablespaces

General Tablespaces

Undo Tablespaces

Temporary Tablespaces

Doublewrite Buffer Files

Redo Log

4. 后台线程（四类）

Master Thread

IO Thread

Purge Thread

Page Cleaner Thread

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一、逻辑存储结构

InnoDB的逻辑存储结构如下图所示:

1. 表空间

表空间是InnoDB存储引擎逻辑结构的最高层， 如果用户启用了参数 innodb_file_per_table(在8.0版本中默认

开启) ，则每张表都会有一个表空间（xxx.ibd），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。

2. 段

段，分为数据段（Leaf node segment）、索引段（Non-leaf node segment）、回滚段（Rollback

segment），InnoDB是索引组织表，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。

段用来管理多个Extent（区）。

3. 区

区，表空间的单元结构，每个区的大小为1M。

默认情况下， InnoDB存储引擎页大小为16K， 即一个区中一共有64个连续的页。

4. 页

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 16KB。

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。

5. 行

行，InnoDB 存储引擎数据是按行进行存放的。

在行中，默认有两个隐藏字段：

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：每次对某条引记录进行改动时，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。

二、架构

1. 简介

MySQL5.5 版本开始，默认使用InnoDB存储引擎，它擅长事务处理，具有崩溃恢复特性，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，右侧为磁盘结构。

2. 内存结构（四部分）

在左侧的内存结构中，主要分为这么四大块儿：

Buffer Pool、Change Buffer、Adaptive Hash Index、Log Buffer。

Buffer Pool

InnoDB存储引擎基于磁盘文件存储，访问物理硬盘和在内存中进行访问，速度相差很大，

为了尽可能弥补这两者之间的I/O效率的差值，就需要把经常使用的数据加载到缓冲池中，避免每次访问都进行

磁盘I/O。

在InnoDB的缓冲池中不仅缓存了索引页和数据页，还包含了undo页、插入缓存、自适应哈希索引以及InnoDB

的锁信息等等。

缓冲池 Buffer Pool，是主内存中的一个区域，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页为单位，底层采用链表数据结构管理Page。

根据状态，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，也中数据与磁盘的数据产生了不一致。

在专用服务器上，通常将多达80％的物理内存分配给缓冲池 。

参数设置：

show variables like 'innodb_buffer_pool_size';

Change Buffer

Change Buffer，更改缓冲区（针对于非唯一二级索引页），

在执行DML语句时，如果这些数据Page没有在Buffer Pool中，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。

Change Buffer的意义是什么呢?

先来看一幅图，这个是二级索引的结构图：

Adaptive Hash Index

自适应hash索引，用于优化对Buffer Pool数据的查询。

MySQL的innoDB引擎中虽然没有直接支持hash索引，但是给我们提供了一个功能就是这个自适应hash索引。

因为前面我们讲到过，hash索引在进行等值匹配时，一般性能是要高于B+树的，因为hash索引一般只需要一

次IO即可，而B+树，可能需要几次匹配，所以hash索引的效率要高，但是hash索引又不适合做范围查询、模

糊匹配等。

InnoDB存储引擎会监控对表上各索引页的查询，

如果观察到在特定的条件下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

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、插入或删除许多行的事务，增加日志缓冲区的大小可以节省磁盘 I/O。

参数：

• innodb_log_buffer_size：缓冲区大小
• innodb_flush_log_at_trx_commit：日志刷新到磁盘时机，取值主要包含以下三个：

1. 1. 1: 日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘，默认值。
   2. 0: 每秒将日志写入并刷新到磁盘一次。
   3. 2: 日志在每次事务提交后写入，并每秒刷新到磁盘一次。

3. 磁盘结构（七部分）

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版本中还包含InnoDB数据字典、undolog等)

参数：innodb_data_file_path

系统表空间，默认的文件名叫 ibdata1

File-Per-Table Tablespaces

如果开启了innodb_file_per_table开关 ，则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。

开关参数：innodb_file_per_table，该参数默认开启。

那也就是说，我们每创建一个表，都会产生一个表空间文件，如图：

General Tablespaces

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。

1、创建表空间

CREATE TABLESPACE ts_name ADD DATAFILE 'file_name' ENGINE = engine_name;

2、创建表时指定表空间

CREATE TABLE xxx ... TABLESPACE ts_name;

Undo Tablespaces

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（初始大小16M），

用于存储undo log日志。

Temporary Tablespaces

InnoDB 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

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（redo log buffer）以及重做日志文件（redo log）,

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

前面我们介绍了InnoDB的内存结构，以及磁盘结构，那么内存中我们所更新的数据，

又是如何到磁盘中的呢？

此时，就涉及到一组后台线程，接下来，就来介绍一些InnoDB中涉及到的后台线程。

4. 后台线程（四类）

在InnoDB的后台线程中，分为4类，分别是：

Master Thread、IO Thread、Purge Thread、Page Cleaner Thread。

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 。

IO Thread

在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。负责写操作

线程类型	默认个数	职责
Read Thread	4	负责读操作
Write Thread	4	负责写操作
Log Thread	1	负责将日志缓冲区刷新到磁盘
Insert buffer thread	1	负责将写缓冲区刷新到磁盘

我们可以通过以下的这条指令，查看到InnoDB的状态信息，其中就包含IO Thread信息。

show engine innodb status \G;

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。

Page Cleaner Thread

协助 Master Thread 刷新脏页到磁盘的线程，它可以减轻 Master Thread 的工作压力，减少阻塞。