Day58【概念解析】InnoDB架构设计

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前言

😄

作为MySQL5.6之后的默认存储引擎，InnoDB因其支持事务、外键等特性可是风靡一时，现在也是数据库理论中的面试必备要素，知其然还须知其所以然，那么掌握其架构当然也是至关重要。

整理定义

左边是InnoDB的内存数据架构（In-Memory Structure），右边是磁盘数据架构（On-disk Structure）

复述展开

InnoDB 内存结构设计

InnoDB作为MySQL的一个存储引擎，它的内存结构设计用于优化数据处理性能。InnoDB的内存结构主要包括以下几个部分：

Buffer Pool：这是InnoDB最重要的内存结构之一，用于缓存表数据和索引。当MySQL需要读取或写入数据时，它首先会查看这些数据是否已经在Buffer Pool中。如果在，那么就可以直接从内存中读取或写入，避免了磁盘I/O操作，从而大大提高了性能。

Change Buffer：Change Buffer是Buffer Pool的一部分，用于缓存对二级索引的修改操作。当MySQL需要修改二级索引时，它可以先将修改操作写入Change Buffer，然后在后台慢慢地将这些修改应用到磁盘上的索引，这样可以减少磁盘I/O操作，提高性能。

Adaptive Hash Index：这是InnoDB的一个优化特性，用于加速对Buffer Pool中数据的访问。当MySQL反复访问同一数据时，InnoDB会自动创建一个哈希索引，使得MySQL可以更快地找到这些数据。

Log Buffer：这是InnoDB的另一个重要内存结构，用于缓存事务日志。当MySQL执行一个事务时，它会先将事务日志写入Log Buffer，然后在适当的时机将这些日志刷新到磁盘上，这样可以减少磁盘I/O操作，提高性能。

InnoDB内部数据字典：InnoDB有一个内部的数据字典，用于存储表的元数据，如表的结构信息、索引信息等。

InnoDB 磁盘结构

InnoDB的磁盘结构是其如何在磁盘上存储数据和索引的方式。以下是InnoDB磁盘结构的主要组成部分：

表（Tables）：InnoDB存储引擎中的表是行式存储的，每个表都有一个或多个聚簇索引或非聚簇索引。表中的数据按主键顺序存储在聚簇索引中。

索引（Indexes）：InnoDB使用B+树数据结构来实现索引，以加快数据访问速度。每个表至少有一个聚簇索引（主键索引），也可以有一个或多个二级索引。

表空间（Tablespaces）：表空间是InnoDB存储数据和索引的地方。默认情况下，所有的InnoDB表都存储在一个名为ibdata1的系统表空间中，但用户也可以配置InnoDB使用多个或单独的表空间。

双写缓冲区（Doublewrite Buffer）：双写缓冲区是InnoDB用来保护数据完整性的一种机制。在将数据页写入磁盘之前，InnoDB会先将其写入双写缓冲区。如果在写入过程中发生系统崩溃，InnoDB可以使用双写缓冲区中的数据恢复损坏的页。

重做日志（Redo Log）：重做日志是InnoDB用来保证事务的持久性的一种机制。在事务提交时，InnoDB会先将事务的修改记录到重做日志，并确保重做日志被写入磁盘。如果在事务提交后发生系统崩溃，InnoDB可以使用重做日志恢复未完成的事务。

回滚日志（Undo Logs）：回滚日志是InnoDB用来实现多版本并发控制（MVCC）和事务回滚的一种机制。当事务修改数据时，InnoDB会在回滚日志中保存修改前的数据。如果事务需要回滚，或者其他事务需要读取修改前的数据，InnoDB可以使用回滚日志来获取这些数据。

理解体会

理解InnoDB的结构是非常重要的，主要有以下几个原因：

性能优化：理解InnoDB的内存和磁盘结构可以帮助你更好地理解MySQL的性能瓶颈，并进行有效的优化。例如，理解Buffer Pool和Redo Log的工作原理可以帮助你更好地配置这些参数，以提高MySQL的性能。

数据恢复：当数据库发生故障时，理解InnoDB的结构可以帮助你更好地进行数据恢复。例如，理解Doublewrite Buffer和Redo Log的工作原理可以帮助你恢复因系统崩溃而损坏的数据。

事务管理：理解InnoDB的事务管理机制，如Undo Logs和MVCC，可以帮助你更好地理解事务的行为，如何处理并发控制和事务隔离。

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如何学习呢？

阅读官方文档，这是第一手资料，也是最原始的资料：MySQL :: MySQL 8.0 Reference Manual :: 15.4 InnoDB Architecture

阅读相关书籍，最好是英文版，中文版的话一则需要翻译过程，可能过时，二则翻译过程中没有办法原汁原味，可能会失去一些干货，如果有能力的话最好还是阅读英文。如果英文基础确实不好，那还是读中文版本的。

实践操作，除了理论学习之外，还是需要实践操作的。”实践是检验真理的唯一标准“。在实际过程中，可能能够发现更多纸上找不到的东西。

源码学习，这是最难的一点，也是最直接的一点，show me code 。结合源码，更能够体会设计的实际含义在内的。

参考：

MySQL :: MySQL 8.0 Reference Manual :: 15.4 InnoDB Architecture

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为什么要参加这个活动呢？起源于S老师的”写100个行业概念“活动。之前一直有关注Scalers老师的公众号，也阅读完了《学习的学问》这本书，感叹于S老师学习成长会的魅力，决定先让自己跟着这个活动坚持个一百天先。

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