MySQL存储引擎之InnoDB架构的知识点有哪些

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本篇内容主要讲解“MySQL 存储引擎之 InnoDB 架构的知识点有哪些”,感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让丸趣 TV 小编来带大家学习“MySQL 存储引擎之 InnoDB 架构的知识点有哪些”吧!

一、支持的存储引擎

进入 MySQL 的数据库查看存储引擎就可以看到 MySQL 数据库所有支持的存储引擎:

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目前有一个引擎 Federated 不支持,我们只需要清楚其他八种数据库存储就好。

MySQL 中常见的数据库引擎有 MyISAM、InnoDB、Memory。那么我们就先清楚这三种引擎。

二、InnoDB 引擎

InnoDB 是 MySQL 的默认引擎,一个支持事务安全的存储引擎。mysql 中数据是存储在物理磁盘上的,而真正的数据处理又是在内存中执行的。由于磁盘的读写速度非常慢,如果每次操作都对磁盘进行频繁读写的话,那么性能就会非常差。

为了上述问题,InnoDB 将数据划分为若干页,以页作为磁盘与内存交互的基本单位,一般页的大小为 16KB。这样的话,一次性至少读取 1 页数据到内存中或者将 1 页数据写入磁盘。通过减少内存与磁盘的交互次数,从而提升性能。

这本质上就是一种典型的缓存设计思想,一般缓存的设计基本都是从时间维度或者空间维度进行考量的:

时间维度:如果一条数据正在在被使用,那么在接下来一段时间内大概率还会再被使用。可以认为热点数据缓存都属于这种思路的实现。

空间维度:如果一条数据正在在被使用,那么存储在它附近的数据大概率也会很快被使用。InnoDB 的数据页和操作系统的页缓存则是这种思路的体现。

下面是官方的 InnoDB 引擎结构图,主要分为内存结构和磁盘结构两大部分。

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

1.Buffer Pool

Buffer Pool 由包含数据、索引、insert buffer ,adaptive hash index,lock 信息及数据字典。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,以后使用可以减少磁盘 IO 操作,提升效率。

缓冲池简单来说就是一块内存区域,通过内存的速度来弥补磁盘速度较慢对数据库性能的影响。在数据库中进行读取页的操作,首先将从磁盘读到的页存放在缓冲池中,这个过程称为将页 FIX 在缓冲池中。下一次再读取相同的页时,首先判断该页是否在缓冲池中。若在缓冲池中,称该页在缓冲池中被命中。直接读取该页。否则读取磁盘上的页。对于数据库中页的修改操作,则首先修改在缓冲池中的页,然后再以一定的频率刷新到磁盘上。这里需要注意的是,页从缓冲池刷新回磁盘的操作并不是每次页发生更新时触发,而是通过一种称为 Checkpoint 的机制刷新回磁盘。同样这也是为了提高数据库的整体性能。

传统 LUR 算法

缓冲池是通过 LRU(Latest Recent Used,最近最少使用)算法来进行管理的,即最频繁使用的页在 LRU 列表的最前段,而最少使用的页在 LRU 列表的尾端,当缓冲池不能存放新读取到的页时,首先释放 LRU 列表尾端的页:

(1)页已经在缓冲池里,那就只做“移至”LRU 头部的动作,而没有页被淘汰;

(2)页不在缓冲池里,除了做“放入”LRU 头部的动作,还要做“淘汰”LRU 尾部页的动作;

但是 InnoDB 的 LUR 算法并不是传统的 LUR 算法。

这里有两个问题:

(1)预读失效;

(2)缓冲池污染;

我们先了解什么是预读;

预读

磁盘读写,并不是按需读取,而是按页读取,一次至少读一页数据(一般是 4K),如果未来要读取的数据就在页中,就能够省去后续的磁盘 IO,提高效率。数据访问,通常都遵循“集中读写”的原则,使用一些数据,大概率会使用附近的数据,这就是所谓的“局部性原理”,它表明提前加载是有效的,确实能够减少磁盘 IO。

预读失效

由于预读(Read-Ahead),提前把页放入了缓冲池,但最终 MySQL 并没有从页中读取数据,称为预读失效。

要优化预读失效,思路是:

(1)让预读失败的页,停留在缓冲池 LRU 里的时间尽可能短;

(2)让真正被读取的页,才挪到缓冲池 LRU 的头部;

以保证,真正被读取的热数据留在缓冲池里的时间尽可能长。

具体方法是:

(1)将 LRU 分为两个部分:

新生代(new sublist)

老生代(old sublist)

(2)新老生代收尾相连,即:新生代的尾 (tail) 连接着老生代的头(head);

(3)新页(例如被预读的页)加入缓冲池时,只加入到老生代头部:

如果数据真正被读取(预读成功),才会加入到新生代的头部

如果数据没有被读取,则会比新生代里的“热数据页”更早被淘汰出缓冲池

新老生代改进版 LRU 仍然解决不了缓冲池污染的问题。

2.Log Buffer

Log Buffer 用来缓存重做日志。

InnoDB 有两个非常重要的日志:undo log、redo log

(1)通过 undo log 可以看到数据较早版本,实现 MVCC,或回滚事务等功能。

(2)通过 redo log 用来保证事务持久性。

redo 日志缓冲区是内存存储区域,用于保存要写入磁盘上的日志文件的数据。日志缓冲区大小由 innodb_log_buffer_size 变量定义,默认大小为 16MB。

日志缓冲区的内容定期刷新到磁盘。较大的日志缓冲区可以运行大型事务,而无需在事务提交之前将重做日志数据写入磁盘。因此,如果有更新,插入或删除许多行的事务,则增加日志缓冲区的大小可以节省磁盘 I /O。

innodb_flush_log_at_trx_commit:控制如何将日志缓冲区的内容写入并刷新到磁盘。

innodb_flush_log_at_timeout:控制日志刷新频率。

如果磁盘 I / O 导致性能问题,则需要观察事务, 例如涉及许多 BLOB 条目的事务。只要 InnoDB 日志缓冲区已满,便会将其刷新到磁盘,因此增加缓冲区大小可以减少 I /O。

日志文件的缺省数量为两个: ib_logfile0 和 ib_logfile1。

日志具有固定大小,默认大小取决于 MySQL 版本。

3.Adaptive Hash Index

Adaptive Hash Index 自适应 hash 索引是一种键值对的存储结构,存储的是热点页所在的记录。InnoDB 存储引擎会自动根据访问的频率和模式 来为某些页建立哈希索引。

上面的图就是区分 B + 树索引和自适应 hash 索引的区别。通过参数 innodb_adaptive_hash_index 来禁用或启动此特性,默认为开启。

4.Change Buffer

Change Buffer:MySQL 中数据分为内存和磁盘两个部分;在 buffer pool 中缓存热的数据页和索引页,减少磁盘读;通过 change buffer 就是为了缓解磁盘写的一种手段。

当需要更新一个数据页时,如果数据页在内存中就直接更新。如果数据页不在内存中。在不影响数据一致性的前下,InooDB 会将这些更新操作缓存在 change buffer 中,这样就不需要从磁盘中读入这个数据页了。在下次查询需要访问这个数据页的时候,将数据页读入内存,然后执行 change buffer 中与这个页有关的操作。通过这种方式就能保证这个数据逻辑的正确性。

虽然名字叫作 change buffer,实际上它是可以持久化的数据。也就是说,change buffer 在内存中有拷贝,也会被写入到磁盘上(ibdata)。

 将 change buffer 中的操作合并到原数据页,得到最新结果的过程称为 merge。以下情况会触发 merge:

访问这个数据页;

后台 master 线程会定期 merge;

数据库缓冲池不够用时;

数据库正常关闭时;

redo log 写满时;

change buffer 就是在非唯一普通索引页不在 buffer pool 中时,对页进行了写操作的情况下,先将记录变更缓冲,等未来数据被读取时,再将 change buffer 中的操作 merge 到原数据页的技术。在 MySQL5.5 之前,叫插入缓冲(insert buffer),只针对 insert 做了优化;现在对 delete 和 update 也有效,叫做写缓冲(change buffer)。

到此,相信大家对“MySQL 存储引擎之 InnoDB 架构的知识点有哪些”有了更深的了解,不妨来实际操作一番吧!这里是丸趣 TV 网站,更多相关内容可以进入相关频道进行查询,关注我们,继续学习!

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