MySQL那些事（InnoDB架构和存储结构）

news2024/12/24 11:29:41

一、序言

本节内容为博主根据MySQL 8.0版本官方文档手动翻译过后的最新内容，并加上自己的经验对InnoDB的理解。

二、InnoDB架构

下面这张图是从官方文档上捞过来的架构图，可以看到InnoDB的架构主要分为两部分，一部分是内存结构，还有一部分是磁盘结构。
InnoDB架构图

三、InnoDB内存结构

从上面的架构图中可以看出，InnoDB内存结构主要分为Buffer Pool、Change Buffer和Log Buffer三部分，下面我们具体聊聊这3个部分的作用。

1、Buffer Pool (缓冲池)

Buffer Pool从名字其实就可以看出是一片内存区域，该区域会缓存表和索引数据。通过Buffer Pool可以直接在内存里频繁处理使用到的数据。在专用服务器上，80%的物理内存会被分配到Buffer Pool中。

为了提高大容量读操作的效率，Buffer Pool会被划分为多页(page)来保存行数据。Buffer Pool的实现其实是一个链表，链表上为访问的页数据。

备注：page是一个数据单位，代表InnoDB每次从磁盘读取到内存中的的数据量，每个page可以包含一行或者多行数据。

Buffer Pool会用LRU算法(变体)去管理链表上的数据，当往Buffer Pool中插入新的page时，最近最少使用的page会被添加到链表的中间。

这种中点插入策略会把链表拆分为两个子链表，如下：
Buffer Pool数据结构
可以看到，链表主要分为两部分：

头部是最近被访问的子链表，我们称之为新页(young pages)。
尾部是最近很少被访问的子链表，我们称之为旧页(old pages)。

这种LRU变体算法会将受大量查询影响的page放在new sublist，而old sublist则包含更少使用的page。

当InnoDB从磁盘中读取数据到Buffer Pool中时，首先会将读取到的page插入到两个链表的中间位置（old sublist的头部），访问old sublist的page时，page会被标记为young，该page将会被移到Buffer Pool中的头部（new sublist的头部）。

当有数据库操作时，Buffer Pool中没有被访问到的page会被移到链表的尾部，如果该page依然没有被用到就会被清除掉。

2、Change Buffer

Change Buffer是一种特殊的数据结构，它会缓存对二级索引页的修改，这些修改主要来自于DML语句，比如INSERT、UPDATE、DELETE。
在这里插入图片描述
对于不在Buffer Pool中的二级索引页的修改将被缓存到change buffer中，当二级索引页被读取到Buffer Pool中时，这些修改将会被周期性地合并到Buffer Pool中。

3、Log Buffer

Log Buffer是一片内存区域，这片区域会保存写到日志文件的数据。Log Buffer的大小默认为16MB，里面的数据会周期性的刷新到磁盘中。

Log Buffer越大，支持运行的事务也就越大，大的log buffer可以减少redo log数据频繁刷新到磁盘。如果事务中包含了大量数据行的DML操作，增加Log Buffer的大小可以减少磁盘I/O。

四、InnoDB磁盘结构

InnoDB磁盘结构主要包含表、索引、表空间、Doublwrite Buffer、Redo Log和Undo Logs，下面我们具体讲讲后面几项的作用。

1、表空间

表空间主要分为系统表空间、File-Per-Table表空间、General表空间、Undo表空间和临时表空间。

系统表空间：针对Double write buffer和Change buffer的一块存储区域。如果表建立在系统表空间内，那么也会包含表和索引的数据。
File-Per-Table表空间：过去InnoDB都是把表数据存储在系统表空间内，这种方式适用于专门用于数据库处理的机器，而File-Per-Table允许每个表数据都可以存储在自己的表空间数据文件里(.ibd文件)。默认都是用这种方式存储表数据。
General表空间：共享表空间，可以通过CREATE TABLESPACE语法创建共享表空间。
Undo表空间：该表空间包含undo日志，通过该日志可以撤销事务对聚簇索引数据的最新修改，即我们常说的数据回滚。
临时表空间：除了用于存放临时表数据，还会保存对临时表修改的回滚段。