InnoDB 存盤引擎作為我們最常用到的存盤引擎之一，充分熟悉它的的實作和運行原理，有助于我們更好地創建和維護資料庫表，

InnoDB 體系架構

• InnoDB 主要包括了： 記憶體池、后臺執行緒以及存盤檔案，

• 記憶體池又是由多個記憶體塊組成的，主要包括快取磁盤資料、redo log 緩沖等；

• 后臺執行緒則包括了 ： Master Thread、IO Thread 以及 Purge Thread 等；

• 由 InnoDB 存盤引擎實作的表的存盤結構檔案一般包括表結構檔案（.frm）、共享表空間檔案（ibdata1）、獨占表空間檔案（ibd）以及日志檔案（redo 檔案等）等，

1. 記憶體池

我們知道，如果客戶端從資料庫中讀取資料是直接從磁盤讀取的話，無疑會帶來一定的性能瓶頸，緩沖池的作用就是提高整個資料庫的讀寫性能，

客戶端讀取資料時，如果資料存在于緩沖池中， 客戶端就會直接讀取緩沖池中的資料，否則再去磁盤中讀取；對于資料庫中的修改資料，首先是修改在緩沖池中的資料，然后再通過 Master Thread 執行緒重繪到磁盤上，

理論上來說，緩沖池的記憶體越大越好， 緩沖池中不僅快取索引頁和資料頁，還包括了 undo 頁，插入快取、自適應哈希索引以及 InnoDB 地鎖資訊等等，

InnoDB 允許多個緩沖池實體，從而減少資料庫內部資源的競爭，增強資料庫的并發處理能力，

InnoDB 存盤引擎會先將重做日志資訊放入到緩沖區中，然后再重繪到重做日志檔案中，

2. 后臺執行緒

Master Thread 主要負責將緩沖池中的資料異步重繪到磁盤中， 除此之外還包括插入快取、undo 頁的回收等，IO Thread 是負責讀寫 IO 的執行緒，而 Purge Thread 主要用于回收事務已經提交了的 undo log，Pager Cleaner Thread 是新引入的一個用于協助 Master Thread 重繪臟頁到磁盤的執行緒，它可以減輕 Master Thread 的作業壓力，減少阻塞，

3. 存盤檔案

在 MySQL 中建立一張表都會生成一個.frm 檔案，該檔案是用來保存每個表的元資料資訊的，主要包含表結構定義，

在 InnoDB 中，存盤資料都是按表空間進行存放的，默認為共享表空間， 存盤的檔案即為共享表空間檔案（ibdata1），若設定了引數 innodb_file_per_table 為 1，則會將存盤的資料、索引等資訊單獨存盤在一個獨占表空間，因此也會產生一個獨占表空間檔案（ibd），如果你對共享表空間和獨占表空間的理解還不夠透徹，接下來我會詳解，

而日志檔案則主要是重做日志檔案，主要記錄事務產生的重做日志，保證事務的一致性，

InnoDB 邏輯存盤結構

InnoDB 邏輯存盤結構分為表空間（Tablespace）、段 (Segment)、區 (Extent)、頁 Page) 以及行 (row)，

1. 表空間（Tablespace）

InnoDB 提供了兩種表空間存盤資料的方式，一種是共享表空間，一種是獨占表空間， InnoDB 默認會將其所有的表資料存盤在一個共享表空間中，即 ibdata1，

我們可以通過設定 innodb_file_per_table 引數為 1（1 代表獨占方式）開啟獨占表空間模式，開啟之后，每個表都有自己獨立的表空間物理檔案，所有的資料以及索引都會存盤在該檔案中，這樣方便備份以及恢復資料，

2. 段 (Segment)

表空間是由各個段組成的，段一般分為資料段、索引段和回滾段等，我們知道，InnoDB 默認是基于 B + 樹實作的資料存盤，

這里的索引段則是指的 B + 樹的非葉子節點，而資料段則是 B + 樹的葉子節點，而回滾段則指的是回滾資料，

3. 區 (Extent) / 頁（Page）

區是表空間的單元結構，每個區的大小為 1MB，而頁是組成區的最小單元， 頁也是 InnoDB 存盤引擎磁盤管理的最小單元，每個頁的大小默認為 16KB，為了保證頁的連續性，InnoDB 存盤引擎每次從磁盤申請 4-5 個區，

4. 行（Row）

InnoDB 存盤引擎是面向列的（row-oriented)，也就是說資料是按行進行存放的，每個頁存放的行記錄也是有硬性定義的，最多允許存放 16KB/2-200 行，即 7992 行記錄，

InnoDB 事務之 redo log 作業原理

InnoDB 是一個事務性的存盤引擎， 而 InnoDB 的事務實作是基于事務日志 redo log 和 undo log 實作的，redo log 是重做日志，提供再寫入操作，實作事務的持久性；undo log 是回滾日志，提供回滾操作，保證事務的一致性，

redo log 又包括了記憶體中的日志緩沖（redo log buffer） 以及保存在磁盤的重做日志檔案（redo log file），前者存盤在記憶體中，容易丟失，后者持久化在磁盤中，不會丟失，

InnoDB 的更新操作采用的是 Write Ahead Log 策略，即先寫日志，再寫入磁盤， 當一條記錄更新時，InnoDB 會先把記錄寫入到 redo log buffer 中，并更新記憶體資料，我們可以通過引數
innodb_flush_log_at_trx_commit 自定義 commit 時，如何將 redo log buffer 中的日志重繪到 redo log file 中，

在這里，我們需要注意的是 InnoDB 的 redo log 的大小是固定的， 分別有多個日志檔案采用回圈方式組成一個回圈倍訓，當寫到結尾時，會回到開頭回圈寫日志，我們可以通過引數 innodb_log_files_in_group 和 innodb_log_file_size 配置日志檔案數量和每個日志檔案的大小，

Buffer Pool 中更新的資料未重繪到磁盤中，該記憶體頁我們稱之為臟頁， 最終臟頁的資料會重繪到磁盤中，將磁盤中的資料覆寫，這個程序與 redo log 不一定有關系，

只有當 redo log 日志滿了的情況下，才會主動觸發臟頁重繪到磁盤， 而臟頁不僅只有 redo log 日志滿了的情況才會重繪到磁盤，以下幾種情況同樣會觸發臟頁的重繪：

• 系統記憶體不足時，需要將一部分資料頁淘汰掉，如果淘汰的是臟頁，需要先將臟頁同步到磁盤；
• MySQL 認為空閑的時間，這種情況沒有性能問題；
• MySQL 正常關閉之前，會把所有的臟頁刷入到磁盤，這種情況也沒有性能問題，

在生產環境中，如果我們開啟了慢 SQL 監控，你會發現偶爾會出現一些用時稍長的 SQL， 這是因為臟頁在重繪到磁盤時可能會給資料庫帶來性能開銷，導致資料庫操作抖動，

LRU 淘汰策略

以上我們了解了 InnoDB 的更新和插入操作的具體實作原理，接下來我們再來了解下它的實作和優化方式，

InnoDB 存盤引擎是基于集合索引實作的資料存盤，也就是除了索引列以及主鍵是存盤在 B + 樹之外， 其它列資料也存盤在 B + 樹的葉子節點中，而這里的索引頁和資料頁都會快取在緩沖池中，在查詢資料時，只要在緩沖池中存在該資料，InnoDB 就不用每次都去磁盤中讀取頁，從而提高資料庫的查詢性能，

雖然緩沖池是一個很大的記憶體區域，但由于存放了各種型別的資料， 加上存盤資料量之大，緩沖池無法將所有的資料都存盤在其中，因此，緩沖池需要通過 LRU 演算法將最近且經常查詢的資料快取在其中，而不常查詢的資料就淘汰出去，

InnoDB 對 LRU 做了一些優化， 我們熟悉的 LRU 演算法通常是將最近查詢的資料放到 LRU 串列的首部，而 InnoDB 則是將資料放在一個 midpoint 位置，通常這個 midpoint 為串列長度的 5/8，

這種策略主要是為了避免一些不常查詢的操作突然將熱點資料淘汰出去，而熱點資料被再次查詢時，需要再次從磁盤中獲取，從而影響資料庫的查詢性能，

如果我們的熱點資料比較多，我們可以通過調整 midpoint 值來增加熱點資料的存盤量，從而降低熱點資料的淘汰率，

總結

以上 InnoDB 的實作和運行原理到這里就介紹完了， 總的來講，作為開發工程師，我們應該掌握資料庫幾個大的知識點，然后再深入到資料庫內部實作的細節，這樣才能避免經常寫出一些具有性能問題的 SQL，培養調優資料庫性能的能力，

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標籤：MySQL

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