1、逻辑存储结构

  1. 表空间（idb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。
  2. 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+树的叶子节点，索引段即为B+树的非叶子节点。段用来管理多个Extent（区）。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 行，InnoDB存储引擎数据是按行进行存放的。
  1. Trx_id：每次对某条记录进行改动时，都会把对应的事务id赋值给trx_id隐藏列。
  2. Roll_pointer：每次对某条记录进行改动时，都会把旧的版本写入到undo日志中，然后这个隐藏列就相当于一个指针，可以通过它来找到该记录修改前的信息。

2、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。

mysql叶子节点和非叶子节点的区别 innodb叶子节点存储的内容_mysql叶子节点和非叶子节点的区别

内存结构：

Buffer Pool：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：

  1. free page：空闲page，未被使用。
  2. clean page：被使用page，数据没有被修改过。
  3. 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。

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。

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。同时，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，我们可以再缓冲池中进行合并处理，减少磁盘IO。

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

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。

磁盘结构：

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

File-Per-Table Tablespaces：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

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。

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。

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。

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。

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，进行恢复数据使用。

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IOTread主要负责这些IO请求的回调。

线程类型

默认个数

职责

Read thread

4

负责读操作

Write thread

4

负责写操作

Log thread

1

负责将日志缓冲区刷新到磁盘

Insert buffer thread

1

负责将写缓冲区内容刷新到磁盘

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刷新脏页到磁盘的过程，它可以减轻Master Thread的工作压力，减少阻塞。

3、事务原理

事务是一组操作的集合，他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：
  1. 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。
  2. 一致性（Consistency）：事务完成时，必须使所有的数据都保持一致状态。
  3. 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。
  4. 持久性（Druability）：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。

4、MVCC

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。

  1. Read Committed：每次select，都生成一个快照读。
  2. Repeatable Read：开启事务后第一个select语句才是快照读的地方。
  3. 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、readView。

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。

MVCC-实现原理
一、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。

二、undo log版本链

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。

三、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

ReadView创建者的事务ID

trx_id：代表是当前事务ID

版本链数据访问规则：

  1. trx_id == creator_trx_id ? 可以访问该版本 → 成立，说明数据是当前这个事务更改的。
  2. trx_id < min_trx_id ? 可以访问该版本 → 成立，说明数据已经提交了。
  3. trx_id > max_trx_id ? 不可以访问该版本 → 成立，说明该事务是在ReadView生成后才开启的。
  4. min_trx_id <= trx_id <= max_trx_id ? 如果trx_id不在m_ids中式可以访问该版本的 → 成立，说明数据已经提交。

不同的隔离级别，生成ReadView的时机不同：

read committed：在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。

repeatable read：仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView，后续复用该ReadView。