Mysql数据库-逻辑存储结构与架构(超详细，附图，进阶必看!!) ...

本文章将基于黑马程序员的 "Mysql数据库从入门到醒目"教程 的视图部门举行归纳总结，如有侵权请联系删除!!
【MySQL存储引擎与架构探秘】你是否好奇MySQL如何高效管理海量数据？本文深度拆解InnoDB焦点架构，揭秘表空间、段、区、页四级联动机制，剖析B+树索引与行存储的精妙设计。通过逻辑存储结构的全景解析，带您看懂数据从SQL语句到磁盘字节的蜕变之旅，为性能优化打下坚固基础！#数据库内核 #MySQL架构 #存储原理

(一)逻辑存储结构

(1)五个方面存储结构的特点

• 表空间：对于InnoDB存储引擎来说，表内部的数据与索引实际上都是存放在表空间当中的，这是最外层的逻辑结构。
  
• 区：InnoDB存储引擎每次申请磁盘空间时都是以区为单元来申请的，且为了保证页的连续性每次都会申请4~5个区。
  
• 页：表结构当中所存储的记录以及索引都是在页这个逻辑结构当中举行存储的。
  
• 行：Trx_id指的是最后一次事件利用的id，与Roll_pointer一同作为表结构当中的隐藏字段，而Roll_pointer则类似一个指针，通过该指针可以去找到举行增编削利用时，执行利用之前的数据是什么样的。在后面讲授MCVV多版本并发控制时会详细地讲授这两个字段及它的作用。
  

(2)查看数据库实例的表空间文件

• 打开安装在Linux体系下的Mysql数据库的体系文件
  在这个目次下存放的就是mysql的数据文件
  
  
  
  

1. //进入mysql数据库的系统文件
2. cd /var/lib/mysql
3. //查看全部文件
4. ll

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• 可以看到一个mysql.ibd，这就是mysql实例的表空间文件
  
  
  
  
• 同样可以切换到其他数据库的目次下再查询其他表的表空间文件
  
  
  
  

1. //切换到其他数据库
2. cd xxx/
3. //查看该数据库下的全部表空间文件
4. ll

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(二)架构

一、架构先容

左侧的In-emory Structures指的是内存结构，右侧On-Disk Structures指的是磁盘结构。

• 内存结构
  在内存结构中标注了四块区域：Buffer Pool缓冲池、Change Buffer更改缓冲区、Log Buffer日志缓冲区、以及Adaptive Hash Index自适应哈希索引。
  
• 磁盘结构
  右侧磁盘结构中存在许多表空间，DoubleWrite Buffer Files指的是双写缓冲区。由于整个架构相当复杂，所以我们在讲授InnoDB架构时会分为两个方面：第一个先先容内存结构，第二个方面再来先容磁盘结构。
  

二、内存结构

(1)Buffer Pool缓冲池

• 缓冲区的作用
  假如没有缓冲区，那么意味着当我们执行增编削查利用时，每一次数据库都需要去利用磁盘空间，那么就会存在大量的磁盘IO，而且在业务比较复杂的体系中，大量磁盘IO都是随机IO，所以这是非常耗费性能的。有了缓冲区之后就不用每次都去利用磁盘文件，可以先直接利用缓冲区，然后每隔一段时间或者触发某一段机制后，再将缓冲区当中的数据刷到磁盘当中即可。
  
• 缓冲区中的Page页
  在缓冲区当中存在一个一个块，实际上就是一个一个Page页。而Page页又分为三种类型，而且是以不同的颜色来区分不同状态的页。
  空闲Page指的是已经申请了空间但是还未进利用用。
  

(2)Change Buffer更改缓冲区

这个更改缓冲区实际上在5.几版本时是还不存在的，其时仅有插入缓冲区Insert Buffer。在8.0版本以后才引入了该Change Buffer更改缓冲区。
该更改缓冲区是针对于非唯一的二级索引页的，也就是对于唯一索引或主键索引是不会利用更改缓冲区的。而对于聚集索引与主键索引来说，我们通常都是按照主键顺序去顺序插入数据，也就会顺序地去举行磁盘IO。
①Change Buffer存在的意义：
拥有了Change Buffer后我们不用每一次都去利用磁盘IO，而是可以先去利用Change Buffer，然后再以肯定频率把Change Buffer当中的数据同步到Buffer Poll，最后再刷新到磁盘当中，这样子就减少了磁盘IO，进步效率
(3)Adaptive Hash index自适应哈希索引

InnoDB引擎默认并不支持哈希索引，而是支持B+Tree索引，但是同时也在这一块提供了一种功能为自适应hash。前面提到过哈希索引最大的上风是快，由于它只需要匹配一次(条件是不存在哈希辩论)；而对于B+Tree来说往往大概需要匹配两三次。虽然哈希索引的上风是查询速率快，但是毛病是不适合范围查询，只能举行等值匹配这类利用。所以在InnoDB引擎中就提供了自适应哈希，用于优化Buffer Pool当中的数据查询。
①查看自适应哈希索引的开关是否打开

1. //查看自适应哈希索引的开关
2. show variables like '%hash_index%';
3. 或 show variables like 'innodb_adaptive_hash_index';

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• 此处为参数名的前后都加上%，举行含糊匹配，就不需要把参数名称写全。
  
• 可以看到该开关是默认开启的。
  

(4)Log Buffer日志缓冲区

也就是说我们在记录日志时为了进步效率，可以先把日志记录在缓冲区当中，然后定期刷新到磁盘内。
①查看缓冲区大小及将日志刷新到缓冲区的时机

1. //查看缓冲区大小
2. show variables like '%log_buffer_size%';
3. 或 show variables like 'innodb_log_buffer_size';
4. //查看将日志刷新到缓冲区的时机
5. show variables like '%flush_log%';
6. 或 show variables like 'innodb_flush_log_at_timeout';

复制代码

• 可以看到缓冲区默认大小为16K。
  
• 默认时机为1代表日志在每次事件提交时写入并刷新到磁盘，还会存在其他可选值。
  

* 对于mysql服务器来说，假如我们的mysql是部署在一台专门的服务器上的，那么这台服务器通常会分配80%的内存到它的缓冲区，以此来进步mysql的执行效率
三、磁盘结构

(1)System Tablespace体系表空间

• 体系表空间就是Change Buffer更改缓冲区的存放区域，它是在8.0版本以后又重新规划的，在5.x版本中还会存放InnoDB的数据字典、Undo Log日志等信息。
  
• 假如在InnoDB引擎当中我们的每一张表的独立表空间都关闭的话，那么所有表的数据以及索引都会存储在体系表空间当中。
  
• innodb_data_file_path参数指的是表空间文件所处地址。
  
  
  
  

1. show variables like '%data_file_path%';
2. 或 show variables like 'innodb_data_file_path';

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这个ibdata1文件存放的就是体系表空间文件。
4. 进入mysql的体系文件夹，就能找到体系表空间文件

(2)File-Per-Table Tablespaces

• File-Per-Table Tablespaces区域用于存储每张表独立的表空间，对于InnoDB引擎来说当前都是默认开启该开关的，也就意味着我们建立的每一张表，都会有一个独立的表空间，并不会在System Tablespace当中存放。
  
• Iinnodb_file_per_table参数
  
  
  
  

1. show variables like '%file_per_table%';
2. 或 show variables like 'innodb_file_per_table';

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由于开启了该开关，所以在我们使用的数据库中就会有许多的表空间文件。

在这个表空间文件当中存放的就是这张表的表结构、数据、索引。
(3)GeneralTablespaces通用表空间

• 创建通用表空间语句
  ADD DATAFILE用于指定我们表空间关联的表空间文件。
  后续在创建表时就可以去指定该表的数据存放在谁人表空间内里，也就是使用TABLESPACE参数，并指定表空间的名字即可。
  也就是说通用表空间需要我们自己去创建，而且需要去指定关联的表空间是谁。
  
• 示例
  
  
  
  

1. //创建通用表空间
2. create tablespaces xxx add datafile 'xxx.ibd' engine = innodb;
3. //创建表并指定表空间
4. create table x() engine = innodb tablespace xxx;

复制代码

回到mysql体系文件夹，就能找到我们所创建出来的通用表空间内里存放的就是这张 a 表。

(4)Undo Tablespaces撤销表空间

两个默认的undo表空间分别为undo_001与undo_002。
在体系文件中就能找到这两个默认的undo表空间：

(5)Temporary Tablespaces暂时表空间

(6)Doublewrite Buffer Files双写缓冲区

在体系文件中就能找到这两个默认的双写缓冲区文件：

(7)Redo Log重做日志

Redo Log是循环写的，不会永久保存，会每隔一段时间去清算之前没有用的Redo Log。而当事件提交后它存在的意义就不大了，由于它的主要作用是保证非常时举行数据恢复，从而保证事件的持久性。
在体系文件中就能找到这两个默认的重做日志文件：

四、后台线程

(1)后台线程的作用

• 内存结构当中的数据是使用一组后台线程来将数据刷新到磁盘当中的。
  
• 将InnoDB存储引擎的缓冲池当中的数据在符合的时机刷新到磁盘文件当中。
  

(2)后台线程的四种主要种类

②IO Thread

• AIO指的是异步非阻塞IO。
  
• 可以以下指令来查看InnoDB引擎的状态，在这个状态当中就能看到对应IO Thread的相干信息
  
  
  
  

1. show engine innodb status;

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从这里开始往下包罗了许多InnoDB的状态信息

而我们需要关注的是这一块的IO信息

可以看到有1个insert buffer thread线程，1个log thread线程，4个read thread线程与4个write thread线程。接纳的也全部都是AIO异步IO。
此时还可以看到所有read与write线程都在等待吸取哀求的状态。
五、架构总结

对于InnoDB引擎的整个体系结构的运行逻辑就是：当我们业务在利用时，会直接去利用In-Memory Structures中的缓冲区，若缓冲区当中没有数据就会将磁盘当中的数据加载返来，然后再存储在缓冲区当中，我们在增编削查时也是去利用这一块的缓冲区。缓冲区当中的数据也会以肯定频率或时机，通过这组后台线程刷新到磁盘当中，并在磁盘当中举行永久化的保留下来。此处的永久化保留主要指的是表当中的数据、索引等相干信息。对于Redo Log与Undo Log并不是把所有的东西都保留下来，而是需要去接纳及释放对应的磁盘空间(后续还会举行详细讲授)。

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