目录
一、逻辑存储结构
二、架构
内存架构
磁盘架构
后台线程
三、事务原理
事务定义
Redo log
Undo log
四、MVCC
实现原理
基本概念
Readview
一、逻辑存储结构
MYSQL的逻辑存储是按照TableSpace(表空间)、Segment(段)、Extent(区)、Page(页)、Row(行)。
二、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。
内存架构
1、Buffer Pool 缓冲池:
缓冲池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。
缓冲池以Page页为单位,底层采用链表数据结构管理Page。根据状态,将Page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,也中数据与磁盘的数据产生了不一致。
2、Change Buffer 更改缓冲区
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
Change Buffer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IO。有了
ChangeBuffer之后,我们可以在缓冲池中进行合并处理,减少磁盘IO。
3、Adaptive Hash index自适应哈希索引
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hash索引可以提升速度,则建立hash索引,称之为自适应hash
索引。
自适应哈希索引,无需人工干预,是系统根据情况自动完成。
参数: adaptive_hash_index
4、LogBuffer
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(1: 日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘
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。)
磁盘架构
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。 (在MySQL5.x版本中还包含InnoDB数据字典、 undolog等)
参数: innodb_data_file_path
2、File-Per-Table Tablespace
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。
参数: innodb_file_per_table
3、Undo Tablespace 回滚表空间
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。
4、General Tablespace 通用表空间
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。
5、Redo Log 重做日志
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。以循环方式写入重做日志文件,涉及两个文件
6、Temporary Tablespaces 临时表空间
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。
7、Doublewrite Buffer files 双写缓冲文件
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。
后台线程
1. 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 。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
三、事务原理
事务定义
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
特点
• 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。
Redo log
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。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
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于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。
四、MVCC
实现原理
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,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:快照读会退化为当前读。
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。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。
记录中的隐藏字段
回滚日志
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
版本链