12. InnoDB引擎

InnoDB引擎

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B+树的叶子结点，索引段就是B+树的非叶子结点。段用来当管理多个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存储引擎数据就是按行进行存放的。

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。下面是InnoDB架构图，左侧为内存结构，右侧为磁盘结构。

内存结构

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 Poolr中，再将合并后的数据刷新到磁盘中。

Change Bufferl的意义是什么？与聚集索引不同，二级索引通常是非唯一的，并且以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树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O。有了Change Buf仟er之后，我们可以在缓冲池中进行合并处理，减少磁盘IO。

磁盘结构

后台线程

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，即这些操作要么同时成功，要么同时失败。

特性

原子性：事务是不可分割的最小操作单元，要么全部成功，要么全部失败。
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：数据库提供的隔离机制，保证事务在不受外部并发操作影响的独立环境下与运行。
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，是用来实现事务的永久性。

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存到该日志文件中，用于在刷新脏页到磁盘，发生错误时，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，它是逻辑日志。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与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rollback segment回滚段中，内部包含1024个undo log segment。

MVCC

基本概念

当前读

读取的是记录的最新版本，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，读取的是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：快照读会退化成当前读。
MVCC

全称Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制。指维护一个数据的多版本，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日志和readView。

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 ID
DB_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，在快照读时也需要，不会立即被删除。

undo log版本链

不同事物或相同事物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 ID
max_trx_id	预分配事务 ID ，当前最大事务 ID+1（因为事务 ID 是自增的）
creator_trx_id	ReadView 创建者的事务 ID