前言

InnoDB是Mysql数据库中最重要的存储引擎，搞清楚它的结构对理解它的各种机制的实现原理非常重要。今天和大家一起分享下InnoDB的结构。

一、InnoDB结构

由图可知：
InnoDB的底层结构主要由2部分组成：内存结构和磁盘结构。

二、内存结构详解

1、Buffer Pool

缓冲池是主内存中的一个区域，InnoDB在访问表和索引数据时会在其中进行缓存。缓冲池允许直接从内存中处理经常使用的数据，从而加快了处理速度。在专用服务器上，通常将多达80％的物理内存分配给缓冲池。
缓存的单位是页，使用LRU算法的变体将很少使用的数据从缓存中老化掉。

InnoDB的缓冲池缓存什么？有什么用？
缓存表数据与索引数据，把磁盘上的数据加载到缓冲池，避免每次访问都进行磁盘IO，起到加速访问的作用。

总结：
（1）缓冲池(buffer pool)是一种常见的降低磁盘访问的机制；
（2）缓冲池通常以页(page)为单位缓存数据，缓存最热的数据页(data page)与索引页(index page)；
（3）缓冲池的常见管理算法是LRU。memcache，OS，InnoDB都使用了这种算法；
（4）InnoDB对普通LRU进行了优化：

缓冲池使用最近最少使用（LRU）算法的变体对缓冲数据的列表进行管理。按照5:3的比例将Buffer pool空间划分成年轻代和老年代。
1、年轻代的头部是经常被访问的数据。
2、在老年代的尾部是很少被访问的数据。
什么时候需要一个空间向缓冲池中添加新页面时，删除老年代最近最少使用的页面（最尾部的页），并创建一个新页面添加到列表的中间。

2、Change Buffer

什么是InnoDB的写缓冲？
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)。

Change Buffer是缓存那些不在buffer pool里的辅助索引的变化的特殊数据结构。
在辅助索引发生改变时，如果辅助索引在buffer pool里面就会直接进行修改。如果发生变化的辅助索引页不在buffer pool里，则由Change Buffer先缓存这些辅助索引页的变更动作。等未来辅助索引页被读取时，再将数据再将数据合并(merge)恢复到缓冲池中的技术。写缓冲的目的是降低写操作的磁盘IO，提升数据库性能。

在内存中，Change Buffer是缓冲池的一个组成部分。在磁盘上，Change Buffer是system tablespace（系统表空间）的一部分，当数据库宕机时，索引的变更会被缓冲到磁盘的Change Buffer区域。

总结：
1、写缓冲只有在要修改的辅助索引页不在buffer pool内时，才会将写入操作缓存在change buffer
2、定期对写辅助索引页的changes buffer进行合并，写到到buffer pool 中
3、change buffer既包含内存结构，也包含磁盘结构。内存中的change buffer主要是缓冲辅助索引的变更操作，以便对变更操作进行合并，提高对辅助索引修改效率。
磁盘部分的change buffer主要是数据库宕机时，会将索引的变更缓冲到磁盘的Change Buffer区域。

为什么change buffer只对辅助索引生效？
以insert新增操作为例，插入顺序一般是按照主键递增顺序进行插入的，插入聚集索引（主键索引）一般是顺序的，不需要磁盘的随机读取。这种情况下对聚集索引的修改速度是非常快的，所以不需要进行写缓冲。
而对于辅助索引的插入或者更新操作，由于B+树的索引结构的特性决定了辅助索引插入的离散型。所以，对于辅助索引的插入或者更新操作，InnoDB中不是每一次都直接插入到索引页中，而是先判断插入的辅助索引页是否在缓存区中，若在直接插入；若不在，则先放入到change buffer中，然后再以一定频率和情况进行change buffer和辅助索引页子节点的merge（合并）操作，这时通常能将多个插入合并到一个操作中（因为在一个索引页中），这就大大提高了对于辅助索引插入的性能。

3、自适应hash索引（Adaptive Hash Index）

InnoDB存储引擎会监控对表上各索引页的查询，如果观察到建立hash索引可以提高查询速度，则自动建立hash索引。这就是自适应哈希索引（Adaptive Hash Index，AHI）
AHI是通过缓存池的B+树页构造而来，因此建立的速度很快，而且不需要对整张表构建hash索引。
InnoDB存储引擎会自动根据访问的频率和模式来自动的为某些热点也建立hash索引。

从这个层面上来说，InnoDB的自使用哈希索引，更像“索引的索引”，毕竟其目的是为了加速索引寻路。

AHI的要求：
1、对页连续访问的模式必须是一样的，即查询条件一样。
2、hash索引只能用来搜索等值的查询

4、Log Buffer

日志缓冲区是用于保存要写入磁盘上的日志文件数据的内存区域。
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。较大的日志缓冲区使大型事务可以运行，而无需在事务提交之前将redo日志数据写入磁盘。因此，如果您有更新，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变量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变量控制日志刷新频率。

为什么要有 Log Buffer？
事务提交后，必须将事务对数据页的修改刷(fsync)到磁盘上，才能保证事务的ACID特性。
这个刷盘，是一个随机写，随机写性能较低，如果每次事务提交都刷盘，会极大影响数据库的性能。
日志缓冲区使大型事务可以运行，而无需在事务提交之前将redo日志数据写入磁盘，节省了磁盘I/O.

log buffer刷写的三种策略：

为了满足不用业务对于吞吐量与一致性的需求，MySQL事务提交时刷redo log有三种策略：innodb_flush_log_at_trx_commit
（1）0：每秒写入一次日志并将其刷新到磁盘。尚未刷新日志的事务可能会在崩溃中丢失。
（2）1：要完全符合ACID，必须使用默认设置1。日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘。
（3）2：日志在每次事务提交后写入，并每秒刷新一次到磁盘。尚未刷新日志的事务可能会在崩溃中丢失。
这里的写入都只是写入到系统的OS Cache中，如果不刷写到redo log中，数据可能在崩溃中丢失。

高并发业务，行业最佳实践，是使用第三种折衷配置（=2），这是因为：
（1）配置为2和配置为0，性能差异并不大，因为将数据从Log Buffer拷贝到OS cache，虽然跨越用户态与内核态，但毕竟只是内存的数据拷贝，速度很快；
（2）配置为2和配置为0，安全性差异巨大，操作系统崩溃的概率相比MySQL应用程序崩溃的概率，小很多，设置为2，只要操作系统不奔溃，也绝对不会丢数据。

高并发业务，行业内的最佳实践，是：
innodb_flush_log_at_trx_commit=2

总结

主要是介绍了InnoDB引擎的结构，对内存结构的各个组成部分进行了重点说明。
1、InnoDB引擎的结构分为内存结构和磁盘结构。
2、内存结构由缓冲池（Buffer Pool），写缓冲（Change Buffer），日志缓冲（ Log Buffer），自适应hash索引（Adaptive Hash Index）组成。
3、缓冲池（Buffer Pool）主要是缓存表数据与索引数据，加快访问速度。内部采用基于LRU算法的变体算法来管理缓存对象。
4、写缓冲（Change Buffer）主要是缓存辅助索引的更新操作，加快辅助索引的更新速度。
5、日志缓冲（ Log Buffer）使大型事务可以运行，而无需在事务提交之前将redo日志数据写入磁盘，节省了磁盘I/O。注意事务提交时刷redo log有三种策略。

欢迎评论交流

mysql系列之InnoDB存储引擎结构详解相关推荐

MySQL内核：InnoDB存储引擎卷1
MySQL内核:InnoDB存储引擎卷1(MySQL领域Oracle ACE专家力作,众多MySQL Oracle ACE力捧,深入MySQL数据库内核源码分析,InnoDB内核开发与优化必备宝典) ...
MySQL技术内幕-InnoDB存储引擎第2版-学习笔记-01
MySQL技术内幕-InnoDB存储引擎第2版-学习笔记-01 1. MySQL体系结构和存储引擎 1.1 定义数据库和实例数据库database: 物理操作系统文件或其他形式文件类型的集合. 当使 ...
mysql内存报警_[MySQL生产环境] Innodb存储引擎内存报警问题处理过程_MySQL
bitsCN.com [MySQL生产环境] Innodb存储引擎内存报警问题处理过程 1 不停的收到email报警,内存值超过阀值80%了. 2 top下,mysqld进程确实占据了77.5%,再加 ...
Mysql技术内幕InnoDB存储引擎——InnoDB存储引擎
特此申明: 前段时间找工作所以看了<Mysql技术内幕InnoDB存储引擎>,整理的时候除了参考网上已有的笔记贴,加上自己整合的,可能和别人有雷同之处.不过无所谓啦,写出来自己看看,需要的 ...
mysql技术之innodb存储引擎
mysql技术内幕InnoDB存储引擎基本信息作者姜承尧类别技术-mysql简介第二版推荐指数阅读日期开始日期终止日期书摘mysql体系结构和存储引擎特点可移植数据库定义数据库和实例定义数据库物理操 ...
MySQL技术内幕-InnoDB存储引擎第2版-学习笔记-02
MySQL技术内幕-InnoDB存储引擎第2版-学习笔记-02 6. 锁人们认为行级锁总会增加开销.实际上,只有当实现本身会增加开销时,行级锁才会增加开销.InnoDB 存储引擎不需要锁升级,因 ...
mysql不支持innodb存储引擎
工作中,不免会遇到前辈已经编译安装过的mysql,忽然发现mysql不支持innodb的存储引擎的问题,现在来看一下吧一.先看mysql是否支持innodb存储引擎 mysql> show v ...
MySQL技术内幕 InnoDB存储引擎：锁问题（脏读、不可重复读）
1.脏读在理解脏读(Dirty Read)之前,需要理解脏数据的概念.但是脏数据和之前所介绍的脏页完全是两种不同的概念.脏页指的是在缓冲池中已经被修改的页,但是还没有刷新到磁盘中,即数据库实例内存中 ...
Mysql技术内幕——InnoDB存储引擎
一．mysql体系结构和存储引擎 1.1.数据库和实例的区别数据库:物理操作系统或其他形式文件类型的集合.在mysql下数据库文件可以是frm,myd,myi,ibd结尾的文件. 数据库实例:由数据 ...
mysql技术内幕innodb存储引擎——表索引算法和锁_(转)Mysql技术内幕InnoDB存储引擎－表索引算法和锁...
表原文:http://yingminxing.com/mysql%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%86%85%E5%B9%95innodb%E5%AD%98%E5%82%A8%E5%BC% ...

mysql系列之InnoDB存储引擎结构详解

前言