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逻辑存储结构 表空间ibd文件一个mysql实例可以对应多个表空间用于存储记录、索引等数据。 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Btree的叶子阶段 索引段即为BTree的非叶子节点。 段用来管理多个Extent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。 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。 行InnoDB存储引擎数据是按行进行存放的。 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。
架构 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。 下图是InnoDB架构图左侧为内存结构右侧为磁盘结构。 内存架构 Buffer Pool缓冲池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数据被修改过内存与磁盘的数据不一致。 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。 Change Buffer的意义是什么 与聚集索引不同二级索引通常是非唯一的并且相对随机的顺序插入二级索引同样删除和更新可能会影响索引数中不相邻的二级索引页如果每一次都操作磁盘会造成大量的磁盘IO。有了Change Buffer之后我们可以在缓冲池中进行合并处理减少磁盘IO。 Adaptive Hash index自适应hash索引用于优化对bufferPool的数据查询。InnoDB存储引擎会监控对表上各索引页的查询如果观察到hash索引可以提升速度则简历索引故称之为自适应哈希索引。 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日志刷新到磁盘的时机 日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘。 每秒将日志写入并刷新到磁盘一次。 日志在每次事务提交后写入并每秒刷新到磁盘一次
磁盘结构 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 File-Per-Table Tablespaces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。 参数innodb_file_per_table 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。 create tablespace xxxxx add datafile ‘file_name’ engine engine_name; 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修改信息都会存在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。
后台线程 后台线程的作用在合适的时机将InnoDB缓冲池中的数据存储到磁盘之中。 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。
线程类型默认个数职责Read Thread4负责读操作Write Thread4负责写操作Log Thread1负责将日志缓冲区刷新到磁盘Insert buffer Thread1负责将写缓存区内容刷新到磁盘Purge Thread 主要用于回收事务已经提交了的undo log撤销日志在事务提交之后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。
事务原理
事务 事务是一组操作的集合它是一个不可分割的工作单位事务会把所有的操作作为一个整体一起向系统提交或撤销操作请求即这些操作同时成功或同时失败。 在mysql的InnoDB引擎中redo log和undo log 保证事务的原子性、一致性、持久性。 锁和MVCC保证事务的隔离性。 特性 原子性事务是不可分割的最小操作单元。 一致性事务完成时必须使所有的数据都保持一致状态。 隔离性数据库系统提供的隔离机制保证事务在不受外部并发操作的独立环境下运行。 持久性事务一旦提交或回滚它对数据库中的数据的改变就是永久的。 redo log 持久性 重做日志记录的是事务提交时数据页的物理修改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 file前者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存到日志文件中用于刷新页到磁盘发生错误是进行数据恢复使用。 undo log:原子性 回滚日志用于记录数据被修改前的信息作用包含两个提供回滚和MVCC多版本并发控制 undo log和redo log记录物理日志不一样他是逻辑日志。可以认为当delete一条记录时undo log中会记录一条对应的insert记录。反之亦然当update一条记录时它记录一条对应相反的update记录。当执行rollback时就可以从undo log中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。 undo log销毁 undo log在事务执行时产生事务提交时并不会立即删除undo log因为这些日志可能还用于MVCC。 undo log存储 undo log采用段的方式进行管理和记录存放在前面介绍的rollbask segment回滚段中内部包含1024个undo log segment。
MVCC 基本概念 当前读 读取记录的最新版本读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录会对读取的记录进行加锁。 对于我们日常的操作如select … lock in share mode共享锁,select … for update、update、insert、delete(排他锁)都是一种当前读。 快照读 简单的select不加锁就是快照读读取的记录数据的可见版本有可能是历史数据不加锁是非阻塞读。 read Committed每次select都生成一个快照读。 Repeatable Read开启事务后第一个select语句才是快照读的地方。 Serializable快照读会退化为当前读。 MVCCMulti-Version Concurrency Control 多版本并发控制指维护一个数据的多个版本使得读写操作没有冲突快照读为MySQL实现MVCC提供了一个非阻塞读功能。MVCC的具体实现还需要依赖于数据库记录中的三个隐式字段、undo log 日志、readView。 MVCC-实现原理 记录中的隐藏字段 隐藏字段含义db_trx_id最近修改事务ID记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务IDdb_roll_ptr回滚指针指向这条记录的上一个版本用于配合undo log指向上一个版本。db_row_id隐藏主键如果表结构没有指定主键将会生成该隐藏字段。 undo log 回滚日志在insert、update、delete的时候产生的便于数据回滚的日志。 当insert的时候产生的undo log日志只在回滚时需要在事务提交后可被立即删除。 而update、delete的时候产生的undo log日志不仅在回滚时需要在快照读也需要不会立即被删除。 undo log 版本链 不同事务或相同事务对同一条记录进行修改会导致该记录的undo log生成一条记录版本链表链表的头部是最新的旧记录链表尾部是最早的旧记录。 readview readview读视图是快照读SQL执行时MVCC提取数据的依据记录并维护系统当前活跃的事务未提交的id。 readview中包含了四个核心字段 字段含义m_ids当前活跃的事务ID集合min_trx_id最小活跃事务IDmax_trx_id预分配事务ID当前最大事务ID1creator_trx_idreadview创建者的事务ID 版本链数据访问规则(trx_id:代表是当前事务ID) trx_id creator_trx_id 可以访问该版本–成立说明数据是当前这个事务更改的。 trx_id min_trx_id 可以访问该版本说明数据已经提交了 trx_id max_trx_id 不可以访问该版本说明该事务是在readview生成后才开启。 min_trx_idtrx_idmax_trx_id 如果trx_id不在m_ids中是可以访问该版本的说明数据已经提交。 不同的隔离记录生成readView的时机不同 read committed在事务中每一次执行快照读是都生成readview repeatable read仅在事务中第一次执行快照读时生成readview后续复用该readview。
