從 MySQL 5.5 版本開始默認(rèn)使用 InnoDB 作為引擎做葵，它擅長處理事務(wù)酗洒，具有自動崩潰恢復(fù)的特性窗骑，在日常開發(fā)中使用非常廣泛。下面是官方的 InnoDB 引擎架構(gòu)圖耳鸯，主要分為內(nèi)存結(jié)構(gòu)和磁盤結(jié)構(gòu)兩大部分湿蛔。
1. InnoDB 內(nèi)存結(jié)構(gòu)
內(nèi)存結(jié)構(gòu)主要包括 Bu?er Pool膀曾、Change Bu?er、Adaptive Hash Index 和 Log Bu?er 四大組件阳啥。
SHOW ENGINE INNODB STATUS;
Database pages + Free buffers <= Buffer pool size（其它空間有可能分配給自適應(yīng)索引和 changeBuffer）
1.1 Buffer Pool
緩沖池添谊，簡稱 BP。BP 以 Page 頁為單位苫纤，默認(rèn)大小 16K碉钠，BP 的底層采用鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理 Page。在 InnoDB 訪問表記錄和索引時會在 Page 頁中緩存卷拘，以后使用可以減少磁盤 IO 操作喊废，提升效率。
1.1.1 Page 管理機(jī)制
Page 根據(jù)狀態(tài)可以分為三種類型：
-
free page： 空閑page栗弟，未被使用 -
clean page：被使用page污筷，數(shù)據(jù)沒有被修改過 -
dirty page：臟頁，被使用page乍赫，數(shù)據(jù)被修改過瓣蛀，頁中數(shù)據(jù)和磁盤的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了不一致
針對上述三種 page 類型，InnoDB 通過三種鏈表結(jié)構(gòu)來維護(hù)和管理
-
free list：表示空閑緩沖區(qū)雷厂，管理free page -
?ush list：表示需要刷新到磁盤的緩沖區(qū)惋增，管理dirty page，內(nèi)部page按修改時間排序改鲫。臟頁既存在于?ush鏈表诈皿，也在LRU鏈表中，但是兩種互不影響像棘，LRU鏈表負(fù)責(zé)管理page的可用性和釋放稽亏，而?ush鏈表負(fù)責(zé)管理臟頁的刷盤操作。 -
lru list：表示正在使用的緩沖區(qū)缕题，管理clean page和dirty page截歉，緩沖區(qū)以midpoint為基點，前面鏈表稱為new列表區(qū)烟零，存放經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)瘪松，占63%；后 面的鏈表稱為old列表區(qū)瓶摆，存放使用較少數(shù)據(jù)凉逛，占37%。
1.1.2 改進(jìn)型 LRU 算法維護(hù)
- 普通
LRU：末尾淘汰法群井，新數(shù)據(jù)從鏈表頭部加入，釋放空間時從末尾淘汰 - 改進(jìn)
LRU：鏈表分為new和old兩個部分毫胜，加入元素時并不是從表頭插入书斜，而是從中間midpoint位置插入诬辈，如果數(shù)據(jù)很快被訪問，那么page就會向new列表頭部移動荐吉，如果數(shù)據(jù)沒有被訪問焙糟，會逐步向old尾部移動，等待淘汰样屠。
每當(dāng)有新的 page 數(shù)據(jù)讀取到 buffer pool 時穿撮，InnoDB 引擎會判斷是否有空閑頁，是否足夠痪欲，如果有就將 free page 從 free list列表刪除悦穿，放入到 LRU 列表中。沒有空閑頁业踢，就會根據(jù) LRU 算法淘汰 LRU鏈表默認(rèn)的頁栗柒，將內(nèi)存空間釋放分配給新的頁。
1.1.3 Buffer Pool 配置參數(shù)
-- 查看page頁大小
show variables like '%innodb_page_size%';
-- 查看 lru list 中 old 列表參數(shù)
show variables like '%innodb_old%';
-- 查看 bu?er pool 參數(shù)
show variables like '%innodb_buffer%';
建議：將 innodb_buffer_pool_size 設(shè)置為總內(nèi)存大小的 60%-80%知举， innodb_buffer_pool_instances 可以設(shè)置為多個瞬沦，這樣可以避免緩存爭奪。
1.2 Change Buffer
寫緩沖區(qū)雇锡，簡稱 CB 逛钻。在進(jìn)行 DML 操作時，如果 BP 沒有其相應(yīng)的 Page 數(shù)據(jù)锰提， 并不會立刻將磁盤頁加載到緩沖池曙痘，而是在 CB 記錄緩沖變更，等未來數(shù)據(jù)被讀取時欲账，再將數(shù)據(jù)合并恢復(fù)到 BP 中屡江。
ChangeBuffer 占用 BufferPool 空間，默認(rèn)占25%赛不，大允許占50%惩嘉，可以根據(jù)讀寫業(yè)務(wù)量來 進(jìn)行調(diào)整。參數(shù) innodb_change_buffer_max_size;
show variables like '%innodb_change_buffer_max_size%';
當(dāng)更新一條記錄時踢故，該記錄在 BufferPool 存在文黎，直接在 BufferPool 修改，一次內(nèi)存操作殿较。如果該記錄在 BufferPool 不存在（沒有命中）耸峭，會直接在 ChangeBuffer 進(jìn)行一次內(nèi)存操作，不用再去磁盤查詢數(shù)據(jù)淋纲，避免一次磁盤IO劳闹。當(dāng)下次查詢記錄時，會先進(jìn)性磁盤讀取，然后再從 ChangeBuffer中讀取信息合并本涕，最終載入BufferPool 中业汰。
寫緩沖區(qū)，僅適用于非唯一普通索引頁菩颖，為什么样漆？
如果在索引設(shè)置唯一性，在進(jìn)行修改時晦闰，InnoDB 必須要做唯一性校驗放祟，因此必須查詢磁盤， 做一次 IO 操作呻右。會直接將記錄查詢到 BufferPool中跪妥，然后在緩沖池修改，不會在ChangeBuffer 操作窿冯。
1.3 Adaptive Hash Index
自適應(yīng)哈希索引骗奖，用于優(yōu)化對 BP 數(shù)據(jù)的查詢。InnoDB 存儲引擎會監(jiān) 控對表索引的查找醒串，如果觀察到建立哈希索引可以帶來速度的提升执桌，則建立哈希索引，所以稱之為自適應(yīng)芜赌。InnoDB 存儲引擎會自動根據(jù)訪問的頻率和模式來為某些頁建立哈希索引仰挣。
1.4 Log Bu?er
日志緩沖區(qū)，用來保存要寫入磁盤上 log文件（Redo/Undo）的數(shù)據(jù)缠沈，日志緩沖區(qū)的內(nèi)容定期刷新到磁盤 log 文件中膘壶。日志緩沖區(qū)滿時會自動將其刷新到磁盤，當(dāng)遇到 BLOB 或多行更新的大事務(wù)操作時洲愤，增加日志緩沖區(qū)可以節(jié)省磁盤 I/O颓芭。
LogBuffer 主要是用于記錄 InnoDB 引擎日志，在 DML 操作時會產(chǎn)生 Redo 和Undo日志柬赐。LogBuffer 空間滿了亡问，會自動寫入磁盤「厮危可以通過將 innodb_log_buffer_size 參數(shù)調(diào)大州藕，減少磁盤IO頻率
show variables like '%innodb_log_buffer_size%';
show variables like '%innodb_log%';
SHOW VARIABLES LIKE '%innodb_flush_log_at_trx_commit%'
innodb_flush_log_at_trx_commit參數(shù)控制日志刷新行為，默認(rèn)為1
-
0 ：每隔1秒寫日志文件和刷盤操作（寫日志文件LogBu?er -> OS cache酝陈，刷盤OS cache -> 磁盤文件）床玻，最多丟失1秒數(shù)據(jù) -
1：事務(wù)提交，立刻寫日志文件和刷盤沉帮，數(shù)據(jù)不丟失锈死，但是會頻繁IO操作 -
2：事務(wù)提交贫堰，立刻寫日志文件，每隔1秒鐘進(jìn)行刷盤操作
2. 磁盤結(jié)構(gòu)
InnoDB 磁盤主要包含Tablespaces馅精，InnoDB Data Dictionary严嗜，Doublewrite Buffer粱檀、Redo Log 和 Undo Logs洲敢。
2.1 表空間（Tablespaces）
用于存儲表結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。表空間又分為系統(tǒng)表空間茄蚯、獨立表空間压彭、 通用表空間、臨時表空間渗常、Undo 表空間等多種類型壮不；
2.1.1 系統(tǒng)表空間（The System Tablespace）
包含 InnoDB 數(shù)據(jù)字典，Doublewrite Buffer皱碘，Change Bu?er询一，Undo Logs 的存儲區(qū)域。系統(tǒng)表空間也默認(rèn)包含任何用戶在系統(tǒng)表空間創(chuàng)建的表數(shù)據(jù)和索引數(shù)據(jù)癌椿。系統(tǒng)表空間是一個共享的表空間因為它是被多個表共享的健蕊。該空間的數(shù)據(jù)文件通過參數(shù) innodb_data_?le_path 控制，默認(rèn)值是 ibdata1:12M:autoextend(文件名為ibdata1踢俄、 12MB缩功、自動擴(kuò)展)。
SHOW VARIABLES LIKE '%innodb_data_file_path%'
2.1.2 獨立表空間（File-Per-Table Tablespaces）
默認(rèn)開啟都办，獨立表空間是一個單表表空間嫡锌，該表創(chuàng)建于自己的數(shù)據(jù)文件中，而非創(chuàng)建于系統(tǒng)表空間中琳钉。當(dāng) innodb_?le_per_table 選項開啟時势木，表將被創(chuàng)建于表空間中。否則歌懒， innodb 將被創(chuàng)建于系統(tǒng)表空間中啦桌。每個表文件表空間由一個 .ibd 數(shù)據(jù)文件代表，該文件默認(rèn)被創(chuàng)建于數(shù)據(jù)庫目錄中歼培。表空間的表文件支持動態(tài)（dynamic）和壓縮 （commpressed）行格式震蒋。
SHOW VARIABLES LIKE '%innodb_file_per_table%'
2.1.3 通用表空間（General Tablespaces）
通用表空間為通過 create tablespace 語法創(chuàng)建的共享表空間。通用表空間可以創(chuàng)建于 mysql數(shù)據(jù)目錄外的其他表空間躲庄，其可以容納多張表查剖，且其支持所有的行格式。
-- 創(chuàng)建表空 間ts1
CREATE TABLESPACE ts1 ADD DATAFILE ts1.ibd Engine=InnoDB;
-- 將表添加到 ts1 表空間
CREATE TABLE t1 (c1 INT PRIMARY KEY) TABLESPACE ts1;
2.1.4 撤銷表空間（Undo Tablespaces）
撤銷表空間由一個或多個包含 Undo 日志文件組成噪窘。在 MySQL 5.7 版本之前Undo占用的 是System Tablespace共享區(qū)笋庄，從5.7開始將Undo 從 System Tablespace分離了出來。 InnoDB 使用的 undo表空間由 innodb_undo_tablespaces 配置選項控制，默認(rèn)為0直砂。參 數(shù)值為0表示使用系統(tǒng)表空間ibdata1菌仁；大于0表示使用undo表空間undo_001、 undo_002等静暂。
SHOW VARIABLES LIKE '%innodb_undo_tablespaces%'
2.1.5 臨時表空間（Temporary Tablespaces）
分為 session temporary tablespaces 和 global temporary tablespace 兩種济丘。session temporary tablespaces 存儲的是用戶創(chuàng)建的臨時表和磁盤內(nèi)部的臨時表庆揪。global temporary tablespace 儲存用戶臨時表的回滾段（rollback segments ）煞抬。mysql服務(wù)器正常關(guān)閉或異常終止時夏跷，臨時表空間將被移除鹤耍，每次啟動時會被重新創(chuàng)建恨溜。
2.2 數(shù)據(jù)字典（InnoDB Data Dictionary）
InnoDB 數(shù)據(jù)字典由內(nèi)部系統(tǒng)表組成昭齐，這些表包含用于查找表瞎惫、索引和表字段等對象的元數(shù) 據(jù)盐股。元數(shù)據(jù)物理上位于InnoDB系統(tǒng)表空間中驮审。由于歷史原因鲫寄，數(shù)據(jù)字典元數(shù)據(jù)在一定程度上 與InnoDB表元數(shù)據(jù)文件（.frm文件）中存儲的信息重疊。
2.3 雙寫緩沖區(qū)（Doublewrite Buffer）
位于系統(tǒng)表空間疯淫，是一個存儲區(qū)域地来。在 BufferPage 的 page 頁刷新到磁盤真正的位置前，會先將數(shù)據(jù)存在Doublewrite 緩沖區(qū)峡竣。如果在 page頁寫入過程中出現(xiàn)操作系統(tǒng)靠抑、存儲子系統(tǒng)或 mysqld進(jìn)程崩潰，InnoDB可以在崩潰恢復(fù)期間從Doublewrite 緩沖區(qū)中找到頁的一個備份适掰。在大多數(shù)情況下颂碧，默認(rèn)情況下啟用雙寫緩沖區(qū)；要禁用 Doublewrite 緩沖區(qū)类浪，可以將 innodb_doublewrite 設(shè)置為0载城。使用Doublewrite 緩沖區(qū)時建議將 innodb_?ush_method 設(shè)置為 O_DIRECT。
SHOW VARIABLES LIKE '%innodb_doublewrite%'
SHOW VARIABLES LIKE '%innodb_flush_method%'
MySQL 的 innodb_?ush_method 這個參數(shù)控制著 innodb 數(shù)據(jù)文件及 redo log 的打開费就、 刷寫模式诉瓦。有三個值：fdatasync(默認(rèn))，O_DSYNC力细，O_DIRECT睬澡。
設(shè)置 O_DIRECT 表示數(shù)據(jù)文件寫入操作會通知操作系統(tǒng)不要緩存數(shù)據(jù)，也不要用預(yù)讀眠蚂，直接從Innodb Buffer 寫到磁盤文件煞聪。
默認(rèn)的 fdatasync 意思是先寫入操作系統(tǒng)緩存，然后再調(diào)用 fsync() 函數(shù)去異步刷數(shù)據(jù)文件與redo log 的緩存信息逝慧。
2.4 重做日志（Redo Log）
重做日志是一種基于磁盤的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)昔脯，用于在崩潰恢復(fù)期間更正不完整事務(wù)寫入的數(shù)據(jù)啄糙。 MySQL 以循環(huán)方式寫入重做日志文件，記錄 InnoDB 中所有對 Buffer Pool 修改的日志云稚。當(dāng)出現(xiàn)實例故障（像斷電）隧饼，導(dǎo)致數(shù)據(jù)未能更新到數(shù)據(jù)文件，則數(shù)據(jù)庫重啟時須 redo静陈，重新把數(shù)據(jù)更新到數(shù)據(jù)文件燕雁。讀寫事務(wù)在執(zhí)行的過程中，都會不斷的產(chǎn)生 redo log窿给。默認(rèn)情況下贵白，重做日志在磁盤上由兩個名為 ib_log?le0 和 ib_log?le1 的文件物理表示。
2.5 撤銷日志（Undo Logs）
撤消日志是在事務(wù)開始之前保存的被修改數(shù)據(jù)的備份崩泡，用于例外情況時回滾事務(wù)。撤消日志屬于邏輯日志猬膨，根據(jù)每行記錄進(jìn)行記錄角撞。撤消日志存在于系統(tǒng)表空間、撤消表空間和臨時表空間中勃痴。
3. 新版本結(jié)構(gòu)演變
3.1 MySQL 5.7 版本
- 將
Undo日志表空間從共享表空間ibdata文件中分離出來谒所，可以在安裝MySQL時由用戶自行指定文件大小和數(shù)量。 - 增加了
temporary臨時表空間沛申，里面存儲著臨時表或臨時查詢結(jié)果集的數(shù)據(jù)劣领。 -
Buffer Pool大小可以動態(tài)修改，無需重啟數(shù)據(jù)庫實例铁材。
3.2 MySQL 8.0 版本
- 將
InnoDB表的數(shù)據(jù)字典和Undo都從共享表空間ibdata中徹底分離出來了尖淘，以前需要ibdata中數(shù)據(jù)字典與獨立表空間ibd文件中數(shù)據(jù)字典一致才行，8.0版本就不需要了著觉。 -
temporary臨時表空間也可以配置多個物理文件村生，而且均為InnoDB存儲引擎并能創(chuàng)建索引，這樣加快了處理的速度饼丘。 - 用戶可以像
Oracle數(shù)據(jù)庫那樣設(shè)置一些表空間趁桃，每個表空間對應(yīng)多個物理文件，每個表空間可以給多個表使用肄鸽，但一個表只能存儲在一個表空間中卫病。 - 將
Doublewrite Buffer從共享表空間ibdata中也分離出來了。
