mysql innodb

mysql 引擎

InnoDB

1. InnoDB是一种兼顾高可靠性和高性能的通用存储引擎，在MySQL 5.5之后，InnoDB是默认的MySQL存储引擎。
2. 特点：
   • DML操作遵循ACID模型，支持事务。
   • 行级锁，提高并发访问性能。
   • 支持外键FOREIGN KEY约束，保证数据的完整性和正确性。
3. xxx.ibd：xxx代表的是表名，innoDB引擎的每张表都会对应这样一个表空间文件，存储该表的表结构（frm-早期的 、sdi-新版的）、数据和索引。
4. 如果该参数开启，代表对于InnoDB引擎的表，每一张表都对应一个ibd文件。

show variables like 'innodb_file_per_table';

MyIsam

1. MyISAM是MySQL早期的默认存储引擎。
2. 特点：
   • 不支持事务，不支持外键。
   • 支持表锁，不支持行锁。
   • 访问速度快。
3. 文件：
   • xxx.sdi：存储表结构信息。
   • xxx.MYD: 存储数据。
   • xxx.MYI: 存储索引。

Memory

1. Memory引擎的表数据时存储在内存中的，由于受到硬件问题、或断电问题的影响，只能将这些表作为临时表或缓存使用。
2. 特点：内存存放、hash索引（默认）。
3. 文件：xxx.sdi：存储表结构信息

对比

1. InnoDB引擎与MyISAM引擎的区别：
   • InnoDB引擎, 支持事务, 而MyISAM不支持。
   • InnoDB引擎, 支持行锁和表锁, 而MyISAM仅支持表锁, 不支持行锁。
   • InnoDB引擎, 支持外键, 而MyISAM是不支持的。

InnoDB引擎

架构

1. 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。
2. 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

1. Buffer Pool：缓冲池 Buffer Pool，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。
   • 在专用服务器上，通常将多达80％的物理内存分配给缓冲池。
   • 参数设置：show variables like ‘innodb_buffer_pool_size’。
2. 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 Pool中，再将合并后的数据刷新到磁盘中。
3. Adaptive Hash Index：自适应hash索引，用于优化对Buffer Pool数据的查询。InnoDB存储引擎会监控对表上各索引页的查询，如果观察到在特定的条件下hash索引可以提升速度，则建立hash索引，称之为自适应hash索引。
4. 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：日志刷新到磁盘时机，取值主要包含以下三个：
     • 1: 日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘，默认值。
     • 0: 每秒将日志写入并刷新到磁盘一次。
     • 2: 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

1. System Tablespace：系统表空间是更改缓冲区的存储区域。如果表是在系统表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。参数 innodb_data_file_path。
2. File-Per-Table Tablespaces：如果开启了innodb_file_per_table开关 ，则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。开关参数 innodb_file_per_table ，该参数默认开启。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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所有修改信息都会存到该日志中, 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

1. 在InnoDB的后台线程中，分为4类，分别是：Master Thread 、IO Thread、Purge Thread、Page Cleaner Thread。
2. 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。
3. 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。通过 show engine innodb status \G; 查看。

4. Purge Thread：主要用于回收事务已经提交了的undo log，在事务提交之后，undo log可能不用了，就用它来回收。
5. 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

1. 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。
2. 特性：
   • 原子性（Atomicity）：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（Consistency）：事务完成时，必须使所有的数据都保持一致状态。
   • 隔离性（Isolation）：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影响的独立环境下运行。
   • 持久性（Durability）：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。
3. 而对于这四大特性，实际上分为两个部分。
   • 其中的原子性、一致性、持久化，实际上是由InnoDB中的两份日志来保证的，一份是redo log日志，一份是undo log日志。
   • 而持久性是通过数据库的锁，加上MVCC来保证的。

redo log

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 有了redolog之后，当对缓冲区的数据进行增删改之后，会首先将操作的数据页的变化，记录在redo log buffer中。在事务提交时，会将redo log buffer中的数据刷新到redo log磁盘文件中。过一段时间之后，如果刷新缓冲区的脏页到磁盘时，发生错误，此时就可以借助于redo log进行数据恢复，这样就保证了事务的持久性。而如果脏页成功刷新到磁盘或者涉及到的数据已经落盘，此时redolog就没有作用了，就可以删除了，所以存在的两个redolog文件是循环写的。

5. 在业务操作中，我们操作数据一般都是随机读写磁盘的，而不是顺序读写磁盘。 而redo log在往磁盘文件中写入数据，由于是日志文件，所以都是顺序写的。顺序写的效率，要远大于随机写。 这种先写日志的方式，称之为WAL（Write-Ahead Logging）。

undo log

1. 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(保证事务的原子性)和MVCC(多版本并发控制)。
2. 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。
3. 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。
4. 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

1. 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。
2. 对于我们日常的操作，如：(都是一种当前读)
   • select … lock in share mode (共享锁)
   • select … for update、update、insert、delete (排他锁)

3. 在默认的RR隔离级别下，事务A第(5)步能读取到事务B第(3)步提交的数据。
4. 因为在查询语句后面加上了lock in share mode共享锁，此时是当前读操作。
5. 当然，当我们加排他锁的时候，也是当前读操作。

快照读

1. 简单的select（不加锁）就是快照读，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。
2. Read Committed (读已提交)：每次select，都生成一个快照读。
3. Repeatable Read (可重复读)：开启事务后第一个select语句才是快照读的地方。
4. Serializable (串行化)：快照读会退化为当前读。

MVCC

1. 全称 Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制。
2. 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。
3. 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。

隐藏字段

1. 当我们创建一张表时，除了我们自己定义的字段外，InnoDB还会自动给我们添加三个隐藏字段。
2. 前两个字段是肯定会添加的，是否添加最后一个字段DB_ROW_ID，得看当前表有没有主键，如果有主键，则不会添加该隐藏字段。

undo log

1. 回滚日志，在insert、update、delete的时候产生的便于数据回滚的日志。
2. 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。
3. 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。

版本链

1. 有一张表原始数据为：
   • DB_TRX_ID：代表最近修改事务ID，记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务ID，是自增的。
   • DB_ROLL_PTR：由于这条数据是才插入的，没有被更新过，所以该字段值为null。

2. 然后，有四个并发事务同时在访问这张表。

3. 当事务A执行第一条修改语句时，会记录undo log日志，记录数据变更之前的样子；然后更新记录，并且记录本次操作的事务ID，回滚指针，回滚指针用来指定如果发生回滚，回滚到哪一个版本。

4. 然后，事务A提交事务，事务B更新记录。

5. 当事务B执行第一条修改语句时，也会记录undo log日志，记录数据变更之前的样子；然后更新记录，并且记录本次操作的事务ID，回滚指针，回滚指针用来指定如果发生回滚，回滚到哪一个版本。

6. 紧接着，事务B提交，事务C更新记录。

7. 当事务C执行第一条修改语句时，也会记录undo log日志，记录数据变更之前的样子；然后更新记录，并且记录本次操作的事务ID，回滚指针，回滚指针用来指定如果发生回滚，回滚到哪一个版本。

8. 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undolog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

1. 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。
2. ReadView中包含了四个核心字段：

3. 而在readview中就规定了版本链数据的访问规则：trx_id 代表当前undolog版本链对应事务ID。

4. 不同的隔离级别，生成ReadView的时机不同
   • READ COMMITTED (读已提交)：在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。
   • REPEATABLE READ (可重复读)：仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView，后续复用该ReadView。

原理分析

RC隔离级别

1. RC隔离级别下，在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。
2. 分析事务D中，两次快照读读取数据，是如何获取数据的。在事务D中，查询了两次id为30的记录，由于隔离级别为Read Committed，所以每一次进行快照读都会生成一个ReadView，那么两次生成的ReadView。

3. 先来看第一次快照读具体的读取过程：
   • 当trx_id=3代入判断规则中，(1)~(4)都不满足。
   • 当trx_id=2代入判断规则中，(1)都不满足，(2)满足。因此读取的是这条数据。

4. 第二次快照读具体的读取过程：
   • 当trx_id=4代入判断规则中，(1)~(4)都不满足。
   • 当trx_id=3代入判断规则中，(1)都不满足，(2)满足。因此读取的是这条数据。

RR隔离级别

1. RR隔离级别下，仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView，后续复用该ReadView。
2. 而RR是可重复读，在一个事务中，执行两次相同的select语句，查询到的结果是一样的。

3. 第一次与RC一样：
   • 当trx_id=3代入判断规则中，(1)~(4)都不满足。
   • 当trx_id=2代入判断规则中，(1)都不满足，(2)满足。因此读取的是这条数据。

4. 第二次快照读具体的读取过程：
   • 当trx_id=4代入判断规则中，(1)~(4)都不满足。
   • 当trx_id=3代入判断规则中，(1)~(4)都不满足。
   • 当trx_id=2代入判断规则中，(1)都不满足，(2)满足。因此读取的是这条数据。

5. 可以看出同一个事务内多次读确实是同一数据。

总结

1. MVCC的实现原理就是通过InnoDB表的隐藏字段、UndoLog 版本链、ReadView来实现的。
2. 而MVCC + 锁，则实现了事务的隔离性。 而一致性则是由redolog与undolog保证。