MySql-InnoDb引擎

逻辑存储结构

架构-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10，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。

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10。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。

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（自适应哈希索引的开关）

Log Buffer:日志缓冲区，用来保存要写入到磁盘中的log日志数据(redolog、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

架构-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，可以指定该表盛间。

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 logbuffer)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。

架构-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AI0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undolog，在事务提交之后，undolog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。

事务原理

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(lsolation):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

解决持久性。
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(redolog 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。

使用redo log的优点

MySQL 采用 redo log 来持久化缓存中的脏数据，而不是直接持久化缓存，主要是基于以下原因：
（1）性能优化：redo log 是顺序写，性能远高于直接持久化缓存的随机写。
（2）数据一致性：redo log 遵循 WAL 原则，确保崩溃恢复时数据的一致性。
（3）可靠性：redo log 保证了事务的原子性和持久性。
（4）实现细节：redo log 结合 Checkpoint 和 Double Write Buffer 机制，进一步提高了系统的可靠性和性能。
这种设计是数据库系统中常见的优化手段，能够在保证数据一致性和可靠性的同时，最大限度地提高系统的性能。

undo log

解决原子性。
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，undolog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undolog中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。
Undolog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。
Undolog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undolog segment.

MVCC

多版本并发控制

基础概念

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
快照读的定义：读取的是事务开始时的数据状态或事务内修改的结果，而不是最新的已提交数据。
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。
每次都读取最新的数据，每次 SELECT 都生成一个新的快照，读取最新的已提交数据。如果其他事务在两次 SELECT 之间提交了修改，事务内的多次 SELECT 可能会看到不同的结果。

Repeatable Read:开启事务后第一个select语句才是快照读的地方。
可重复读中的快照读详解：
（1）每个事务开始时的第一次select会生成一个一致性快照。
（2）当事务内update后，对于被 UPDATE 修改的数据，后续的 SELECT 会直接读取事务内修改后的结果，而不是从一致性快照中读取。
对于未被 UPDATE 修改的数据，后续的 SELECT 仍然基于事务开始时的一致性快照来读取。也就是说update后的结果对后面的select是可见的。

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MVSQL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。