启停:

重启:systemctl restart mysqld.service 停止:systemctl stop mysqld.service 查看状态:systemctl status mysqld.service

mysql的内部模块:

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_数据

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_mysql_02

上面是查询的逻辑,一条更新语句是如何查询的

     更新语句的基本流程和查询前面是一致的,区别在于,更新语句,拿到了符合条件数据之后的操作是怎么进行处理的?

下面介绍一下基本概念:

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_mysql 存储架构_03

mysql 内存结构: 

mysql内存主要结构:buffer pool、change buffer、Log Buffer 、adaptive Hash Index

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_架构_04

1、缓冲池 buffer pool

 Innodb的数据上面我们也介绍了,数据是存在磁盘的idb文件中,交互时速度必然是比较慢的。这时就需要将数据加载到内存中。

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_mysql 存储架构_05

innodb逻辑上的最小单位是页(16k),那么每次加载的页到内存的区域(预读),就是buffer pool。下一次取数据(数据页或者索引页)时,会优先判断在不在buffer页中。修改时,会修改内存中的数据,当buffer pool中数据和磁盘不一致时,这时就叫脏页。会有工作线程会定时同步,这个操作就叫刷脏

满了怎么办?默认大小是128M  LRU的淘汰策略(简单来说就是链表,有头和尾,并且划分年轻代和老年代,以解决预读和扫表产生的问题)

mysql的LRU算法:

 普通的LRU:

  • 新数据插入到链表头部;
  • 每当缓存命中(即缓存数据被访问),则将数据移到链表头部;
  • 当链表满的时候,将链表尾部的数据丢弃。

 mysql改进的LRU:

  1.   buffer pool 分为了young(5/8)和old(5/3)两个部分
  2.   数据会在用户的sql用到了页中的数据,或者mysql猜测你很可能会用到的数据-预读,这两种情况加载到buffer pool
  3.   数据优先进入old,old满了会移出队列尾部。young区呢? 用户sql使用的页,会被移入young(且需要在old中待满配置的秒数)。而预读的数据,没被使用则会一直在old区,直到被清除


问题:

解决:mysql防止一次扫描数据过大,替换了大量热数据,有参数控制 innodb_old_blocks_time(需要在old区待满多少秒,且再被用户sql调用时,才会进入young)。

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_数据结构_06

2、change Buffer

change Buffer

当数据不存在于buffer pool时,且更新操作的数据没有唯一索引(非唯一,非主键,不是降序索引),不存在重复数据的情况,可以直接在change buffer中记录操作。

原因: 这样的数据,不需要校验唯一性,直接更新即可,没必要加载数据到buffer pool,而且查询时,数据也是随机分布在不同的页上面,可能需要加载多个页的数据,产生大量IO操作。

change buffer的数据什么时候会同步出去:

  1. 访问这个数据页时、执行merge操作,将修改操作合并,后面同步到磁盘
  2. 空闲时后台线程处理
  3. shoutdown 

3、Log Buffer

Log Buffer

官方描述:日志缓冲区是保存要写入磁盘上日志文件的数据的内存区域。日志缓冲区大小由 innodb_log_buffer_size变量定义。默认大小为 16MB。日志缓冲区的内容会定期刷新到磁盘。大的日志缓冲区使大事务能够运行,而无需在事务提交之前将redo log 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。

用来记录操作日志,先写入到log buffer ,然后事务提交,或者缓冲区满了的时候写入磁盘文件 redo log


redo log

是一种基于磁盘的数据结构,用于在崩溃恢复期间纠正由不完整事务写入的数据。

作用: 主要用来做崩溃恢复,用来实现事务持久性

内部机制:数据存在缓冲区,没有进行刷盘操作时,如果数据库宕机或者重启,会导致数据丢失。 redo log的作用就是,数据写入缓存后,写一下redo log ,记录的不是最终的结果,而是要进行的操作。崩溃恢复时,将redo log数据重新加载到缓冲区。

策略: 0(延时写)  1  2(实时写,延时刷)  默认是1 事务操作实时记录并刷新数据页

疑问:写到日志文件还是一次磁盘io,为什么不直接写到数据页 ?   

  • 顺序IO和随机IO  写日志是顺序io,效率高(可以参考Kakfa)
  • 记录的是操作,不是结果,数据量其实不大

4、Adaptive Hash Index

Adaptive Hash Index

1111

内存和磁盘中间其实还有一层osCache,用来提高效率。 

磁盘:

磁盘中主要组成部分是5类表空间

系统表空间(ibdata1):

   组成:数据字典(表和索引的元信息) 、双写缓冲区 、undo log、Change buffer

  双写缓冲: Innodb从buffer pool  flushed数据页过程中,如果出现崩溃等异常情况(简单理解就是,刷数据时出现刷一半崩溃的情况,内存被清空了,磁盘也刷了一半数据,这种场景需要处理),  innodb 为我们提供双写机制,先拷贝一份数据的副本,如果崩溃,就将副本恢复。虽然数据需要双写,但是并不是两倍的IO开销,因为写入缓冲区是一次 large sequential chunk (官网这一句理解不了,暂时理解为顺序写入开销不大)

独占表空间: 可以为每个表设置为独占表空间

临时表空间:

通用表空间:

redo log:记录数据到磁盘,用于崩溃恢复,保证事务的持久性

undo log:撤销回滚日志 记录事务发生之前的状态,如果发生异常,可以使用undo log回滚,存储的是旧数据,并发事务时使用回滚段来控制。

bin log ,server层的日志。主要是用来主从复制(原理就是读取主库的bin log,执行一遍sql),数据恢复。记录所有的sql语句,有点aof的味道,可以将操作重复实现数据恢复。和redo log不一样,他的内容可以追加,没有大小限制

更新的流程:

1、事务开始,尝试走buffer pool中获取数据,(唯一索引这种,从磁盘拿数据)返回给server执行器

2、记录数据到 undo log (旧数据)

3、调用存储引擎api,将结果修改内存(buffer pool)

4、记录数据到log buffer (redo log) 将这一行数据记录为prepare  (二阶段提交 prepare commit)

5、写入bin log

6、commit 提交事务

7、同步数据到log buffer 将redo log事务状态设置为commit

8、等待工作线程刷脏

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_数据结构_07

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_数据_08

上面是mysql的一些底层存储情况,下面介绍一下索引

索引是什么?

     是数据库中一种排序的数据结构,用来协助于快速查询和更新数据表。

     索引记录的是索引字段信息+对应的磁盘地址,以便于快速查找

     

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_架构_09

innodb的索引:
聚集索引    非聚集索引(又叫二级索引,普通索引)

  • 有主键,主键会作为聚集索引
  • 无主键,第一个非空的唯一索引作为聚集索引
  • 没有合适的唯一索引,默认创建row id 来作为聚集索引

聚集索引的作用: 优化查询、插入和其他数据库操作的性能  聚集索引直接指向数据对应的页,所以节省io  

二级索引和聚集索引的关系:二级索引中其实包含主键信息,通过主键值到聚集索引中找到对应的行数据。所以PK其实越小越好

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_数据结构_10

索引类型:

普通索引nomol  、 唯一索引unique、全文索引 fulltext

普通索引,没有任何限制 

唯一索引,唯一性约束,主键是特殊的唯一索引

全文索引,针对比较大的数据,查询部分内容,使用like性能低,我们可以再文本类型上建全文索引

mysql索引存储模型的演进推倒:

1、我们想用什么数据结构,来存储,实现快速定位?

      数组或者链表,但是存在修改的情况,使用链表  但存在问题,链表从上往下查询,数据量大时,效率低O(n)

2、链表效率低,2分增加效率 使用二叉查找树

     提高了效率,但是二叉查找树极端情况会变成链表,依旧时O(n)

3、平衡二叉查找数 可以在数据分布不均匀的时候,利用左旋和右旋,实现平衡

     平衡二叉树解决了分布问题,但是查询效率受树的度所影响,会出现瘦长的树,效率不高

4、B Tree 可以使用多路的特性(路数比关键字数多1),将二叉演进成多叉,将瘦长的树,转换为矮胖的那种,符合条件

     还能不能再进一步了,优化一波

5、B+Tree (加强版) 

     特点:路数和关键字数相等 

               根节点和枝节点不存数据,只有叶子节点存数据

               叶子节点维护了一个指针,指向相邻的叶子节点,形成一个有序列表

               根据左闭右开的区间来检索数据

      优势: 1、存储的数据量大,一个三层的B+Tree就可以存储千万级数据,查询效率高

                       数据量大的原因:

                                     路数和关键字相等

                                     根节点和枝节点不存数据,所消耗的空间就更少,所存储的子节点的路数就更多

                  2、所有的数据都存在叶子节点,查询效率稳定

                  3、叶子节点维护了一个类似于链表的指针,范围查询时快,不需要每次都从上往下查一遍

                  4、扫库扫表能力强,所有数据都在叶子节点上

  了解:

  为什么不用红黑树?

         红黑树的特点:节点分为红色和黑色 

                                   根节点必须是黑色

                                   叶子节点都是黑色的null节点

                                   红色节点的两个子节点都是黑色(不允许相邻两个红节点)   

                                  从任意节点,到每个叶子节点路径上包含相同的黑色节点

        原因:红黑树是二叉,只有两路   不够平衡             

MYISAM和INNODB的索引存储形式:

show VARIABLES LIKE 'datadir';查看数据存储路径
 

MYISAM:

生成的文件:

user_myisam.frm
user_myisam.MYD
user_myisam.MYI

.frm存储的是表结构定义信息等数据。

.MYD D代表data 存储的数据文件,存放的是所有的数据信息

.MYI  I代表index 存储的是索引信息

也就是说,在MYISAM内部,其实B+Tree中维护的叶子节点,也全部都是数据文件的地址信息,根据MYI中的index的地址,然后查询.MYD。主键索引和辅助索引都是这种形式

INNODB内部结构:

user_innodb.frm  存储表结构定义信息
user_innodb.ibd  存储索引文件和数据(B+Tree内部)

主键索引的所有数据,都存在叶子节点上

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_数据_11

辅助索引,通过主键索引来实现查找(回表)

辅助索引存储的是主键的值,然后通过这个值去主键索引中查找

为什么存主键的值,不存地址?因为会存在分裂合并的情况,地址会变,不利于维护

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_数据结构_12

如果没有主键怎么办?

1、定义了主键,会使用主键

2、没有主键,会选择第一个不包含null的一个唯一索引

3、没有唯一索引,会使用内置的ROWID,并随着记录写入,递增

索引使用的原则:

   肯定不是越多越好,占空间,插入需要写入更多的,耗性能

列的离散度  count(distinct(column_name)) : count(*)  离散度越高,数据区分度越大,重复值越少,适合

联合索引的最左匹配:(name,phone)

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_数据_13

联合索引是复合数据结构,按照从左到右的顺序来创建索引树

查询时是先根据name去匹配,匹配到了,再根据phone匹配。匹配不到,就不知道往哪去查了

所以建联合索引的时候,一定要把最常用的列放在最左边。

思考下哪个用不到索引:

SELECT * FROM user_innodb WHERE name= '权亮' AND phone='15204661800';
SELECT * FROM user_innodb WHERE name= '权亮';
SELECT * FROM user_innodb WHERE phone='15204661800';

创建的话,按照最左匹配原则,(a,b,c)其实本质已经有了(a)(a,b) (a,b,c)无需重复创建

覆盖索引:

上面也介绍过,辅助索引有回表的情况,多了一次io,但是如果只查询索引包含的数据,就不用回表,也提醒我们,不要select *,只查询自己需要的数据

索引的创建和使用原则:

1、在where和order join使用的字段上创建索引

2、索引个数不要太多,按需(浪费空间,更新变慢)

3、区分度低的数据,不要建索引(大量数据一致,扫描行数过高)

4、频繁更新的值,不要作为主键或者索引(页分裂)

5、组合索引 区分度高的放在左边,最左原则

6、适当使用复合索引

什么时候用不到索引:

1、索引列上使用函数、计算  SELECT*FROM`t2`whereid+1=4;

2、字符串不加引号,出现隐式转换

3、like条件中前面使用%

     

索引介绍完了,讲一下事物

事物的定义:

       数据库的逻辑单元(最小的工作单位),由一个有限的数据库操作序列构成(一个或多个DML)。

事物的特性ACID:

1、原子性Atomicity:事物是数据库的最小的逻辑单元,内部所有操作,要么全部成功,要么全部失败。(使用undo log来实现)

2、一致性consistent:  主要是两个方面,一个是数据库层面(完整性约束保持一致,不会被破坏) 一个是业务层面,业务约束满足(举例:A转账B A1000 转账成功  B 收到500 也成功,满足原子性都成功了,但是不满足一致性,账目不对)

3、隔离性 Isolation: 数据库有事物存在,就会同时有许多事物共同运行,隔离性主要就是为了让事物之间操作透明,互补干扰

4、持久性 Durable :持久性的意思就是,一个事物操作,只要事物提交了,结果就是持久性的,不会因为服务器宕机重启丢失,实现方式其实主要就是redo log + dubbo write 来实现。

***:原子性 隔离性 持久性 是手段,目的都是为了实现一致性

什么时候出现事物:

1、自动提交,默认打开 show variables like 'autocommit';

2、手动: begin; / start transaction;    commit;  rollback;

事物并发会带来什么问题?

1、脏读 (读到另外一个事物里面未提交的数据)

2、不可重复读(读到另外一个事物已提交的事物-修改,数据前后不一致情况)

3、幻读  (读到另外一个事物,新增的数据)

这三个统一是读一致性问题,必须由数据库厂家的事物隔离界别

MVCC 多版本并发控制

引用《高性能mysql第三版》的话,理解下

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_架构_14

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_mysql_15

mysql 存储架构 mysql的数据存储结构_mysql_16