InnoDB 存储结构 (了解便可)

Thresh

从MySQL 5.5版本开始默认使用InnoDB做为引擎，它擅长处理事务，具备自动崩溃恢复的特性。下面是官方的InnoDB引擎架构图，主要分为内存结构和磁盘结构两大部分。

InnoDB 内存结构

内存结构主要包括Buffer Pool、Change Buffer、Adaptive Hash Index和Log Buffer四大组件。

Buffer Pool：缓冲池，简称BP。

BP以Page页为单位，默认大小16K，BP的底层采用链表数据结构管理Page。在InnoDB访问表记录和索引时会在Page页中缓存，之后使用能够减小磁盘IO操做，提高效率。

Page管理机制
Page根据状态能够分为三种类型：

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，页中数据和磁盘的数据产生了不一致

针对上述三种page类型，InnoDB经过三种链表结构来维护和管理

free list ：表示空闲缓冲区，管理free page
    
    flush list：表示须要刷新到磁盘的缓冲区，管理dirty page，内部page按修改时间排序。
        脏页即存在于flush链表，也在LRU链表中，可是两种互不影响
        LRU链表负责管理page的可用性和释放，而flush链表负责管理脏页的刷盘操做。
        
    lru list：表示正在使用的缓冲区，管理clean page和dirty page
        缓冲区以midpoint为基点，前面链表称为new列表区
        存放常常访问的数据，占63%；后面的链表称为old列表区，存放使用较少数据，占37%。

改进型LRU算法维护

• 普通LRU：

末尾淘汰法，新数据从链表头部加入，释放空间时从末尾淘汰

• 改性LRU：

链表分为new和old两个部分，加入元素时并非从表头插入，而是从中间midpoint位置插入，若是数据很快被访问，那么page就会向new列表头部移动，若是数据没有被访问，会逐步向old尾部移动，等待淘汰。

• 每当有新的page数据读取到buffer pool时，InnoDb引擎会判断是否有空闲页，是否足够，若是有就将free page从free list列表删除，放入到LRU列表中。没有空闲页，就会根据LRU算法淘汰LRU链表默认的页，将内存空间释放分配给新的页。

Buffer Pool配置参数

show variables like '%innodb_page_size%'; //查看page页大小
show variables like '%innodb_old%'; //查看lru list中old列表参数
show variables like '%innodb_buffer%'; //查看buffer pool参数

建议：将innodb_buffer_pool_size设置为总内存大小的60%-80%，
innodb_buffer_pool_instances能够设置为多个，这样能够避免缓存争夺。

Change Buffer：写缓冲区，简称CB。

在进行DML操做时，若是BP没有其相应的Page数据，并不会马上将磁盘页加载到缓冲池，而是在CB记录缓冲变动，等将来数据被读取时，再将数据合并恢复到BP中。
ChangeBuffer占用BufferPool空间，默认占25%，最大容许占50%，能够根据读写业务量来
进行调整。

参数 innodb_change_buffer_max_size;

当更新一条记录时，该记录在BufferPool存在，直接在BufferPool修改，一次内存操做。若是该记录在BufferPool不存在（没有命中），会直接在ChangeBuffer进行一次内存操做，不用再去磁盘查询数据，避免一次磁盘IO。当下次查询记录时，会先进性磁盘读取，而后再从ChangeBuffer中读取信息合并，最终载入BufferPool中。

写缓冲区，仅适用于非惟一普通索引页，为何？

若是在索引设置惟一性，在进行修改时，InnoDB必需要作惟一性校验，所以必须查询磁盘，作一次IO操做。会直接将记录查询到BufferPool中，而后在缓冲池修改，不会在ChangeBuffer操做。

Adaptive Hash Index：自适应哈希索引，用于优化对BP数据的查询。

InnoDB存储引擎会监控对表索引的查找，若是观察到创建哈希索引能够带来速度的提高，则创建哈希索引，因此称之为自适应。InnoDB存储引擎会自动根据访问的频率和模式来为某些页创建哈希索引。

Log Buffer：日志缓冲区

用来保存要写入磁盘上log文件（Redo/Undo）的数据，日志缓冲区的内容按期刷新到磁盘log文件中。日志缓冲区满时会自动将其刷新到磁盘，当遇到 BLOB或多行更新的大事务操做时，增长日志缓冲区能够节省磁盘I/O。
LogBuffer主要是用于记录 InnoDB引擎日志，在 DML操做时会产生Redo和Undo日志。
LogBuffer空间满了，会自动写入磁盘。能够经过将 innodb_log_buffer_size 参数调大，减小磁盘IO频率innodb_flush_log_at_trx_commit参数控制日志刷新行为，默认为1

0：每隔1秒写日志文件和刷盘操做（写日志文件LogBuffer-->OS cache，刷盘OS cache-->磁盘文件），最多丢失1秒数据
1：事务提交，马上写日志文件和刷盘，数据不丢失，可是会频繁IO操做
2：事务提交，马上写日志文件，每隔1秒钟进行刷盘操做

InnoDB 磁盘结构

InnoDB磁盘主要包含 Tablespaces，InnoDB Data Dictionary，Doublewrite Buffer、Redo Log 和 Undo Logs。

表空间（Tablespaces）

用于存储表结构和数据。表空间又分为系统表空间、独立表空间、通用表空间、临时表空间、Undo表空间等多种类型；

系统表空间（The System Tablespace）
包含InnoDB数据字典，Doublewrite Buffer，Change Buffer，Undo Logs的存储区域。系统表空间也默认包含任何用户在系统表空间建立的表数据和索引数据。系统表空间是一个共享的表空间由于它是被多个表共享的。该空间的数据文件经过参数innodb_data_file_path控制，默认值是ibdata1:12M:autoextend(文件名为ibdata一、12MB、自动扩展)

独立表空间（File-Per-Table Tablespaces）
默认开启，独立表空间是一个单表表空间，该表建立于本身的数据文件中，而非建立于系统表空间中。当innodb_file_per_table选项开启时，表将被建立于表空间中。不然，innodb将被建立于系统表空间中。每一个表文件表空间由一个.ibd数据文件表明，该文件默认被建立于数据库目录中。表空间的表文件支持动态（dynamic）和压缩（commpressed）行格式。

通用表空间（General Tablespaces）
通用表空间为经过create tablespace语法建立的共享表空间。通用表空间能够建立于mysql数据目录外的其余表空间，其能够容纳多张表，且其支持全部的行格式。

CREATE TABLESPACE ts1 ADD DATAFILE ts1.ibd Engine=InnoDB; //建立表空间ts1 
CREATE TABLE t1 (c1 INT PRIMARY KEY) TABLESPACE ts1; //将表添加到ts1表空间

撤销表空间（Undo Tablespaces）
撤销表空间由一个或多个包含Undo日志文件组成。在MySQL 5.7版本以前Undo占用的是System Tablespace共享区，从5.7开始将Undo从System Tablespace分离了出来。InnoDB使用的undo表空间由innodb_undo_tablespaces配置选项控制，默认为0。参数值为0表示使用系统表空间ibdata1;大于0表示使用undo表空间undo_00一、undo_002等。

临时表空间（Temporary Tablespaces）
分为session temporary tablespaces 和global temporary tablespace两种。

session temporary tablespaces 存储的是用户建立的临时表和磁盘内部的临时表。 
global temporary tablespace 存储用户临时表的回滚段（rollback segments ）。 
mysql服务器正常关闭或异常终止时，临时表空间将被移除，每次启动时会被从新建立。

重作日志（Redo Log）

重作日志是一种基于磁盘的数据结构，用于在崩溃恢复期间更正不完整事务写入的数据。
MySQL以循环方式写入重作日志文件，记录InnoDB中全部对Buffer Pool修改的日志。当出现实例故障（像断电），致使数据未能更新到数据文件，则数据库重启时须redo，从新把数据更新到数据文件。读写事务在执行的过程当中，都会不断的产生redo log。默认状况下，重作日志在磁盘上由两个名为ib_logfile0和ib_logfile1的文件物理表示。

撤销日志（Undo Logs）

撤消日志是在事务开始以前保存的被修改数据的备份，用于例外状况时回滚事务。撤消日志属于逻辑日志，根据每行记录进行记录。撤消日志存在于系统表空间、撤消表空间和临时表空间中。