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InnoDB是在MySQL存儲(chǔ)引擎中第一個(gè)完整支持ACID事務(wù)的引擎，該引擎之前由Innobase OY公司所開(kāi)發(fā)，后來(lái)該公司被Oracle收購(gòu)。InnoDB是MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中使用最廣泛的存儲(chǔ)引擎，已被許多大型公司所采用，如Google、Facebook、YouTube等，如果使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，沒(méi)有特殊的要求下，InnoDB是不二之選。

1.InnoDB體系架構(gòu)

需要深入了解InnoDB先從了解InnoDB的體系架構(gòu)開(kāi)始，如下圖所示：

InnoDB存儲(chǔ)引擎有多個(gè)內(nèi)存塊，可以認(rèn)為這些內(nèi)存塊組成了一個(gè)大的內(nèi)存池，負(fù)責(zé)以下幾個(gè)工作：

維護(hù)所有進(jìn)程/線程，需要訪問(wèn)的多個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

緩存磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)，方便快速地讀取，同時(shí)在對(duì)磁盤(pán)文件的數(shù)據(jù)修改之前在這里緩存；

重做日志（redo log）緩沖（簡(jiǎn)單來(lái)講，redo log記錄的是事務(wù)所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)更新日志，用于降低每次數(shù)據(jù)變更都產(chǎn)生的磁盤(pán)IO，該日志由工作線程定時(shí)把數(shù)據(jù)的更新內(nèi)容定時(shí)刷新到磁盤(pán)中去，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)奔潰時(shí)數(shù)據(jù)還沒(méi)來(lái)得及刷新到磁盤(pán)，重新啟動(dòng)運(yùn)行是則可以從redo log里面重新提取刷新到磁盤(pán)，具體有關(guān)redo log在后面相關(guān)章節(jié)會(huì)詳細(xì)介紹）。

后臺(tái)線程的主要作用是負(fù)責(zé)刷新內(nèi)存池中的數(shù)據(jù)，保證緩沖池中的內(nèi)存緩沖的是最近的數(shù)據(jù)，此外除將已修改的數(shù)據(jù)文件刷新到磁盤(pán)中，同時(shí)保證在數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生異常的情況下InnoDB能恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

2.后臺(tái)線程

master thread

master thread是一個(gè)非常核心的后臺(tái)線程，主要負(fù)責(zé)將緩沖池中的數(shù)據(jù)異步刷新到磁盤(pán)，保證數(shù)據(jù)的一致性，包括臟頁(yè)面的刷新、合并插入緩沖、undo頁(yè)的回收等。

io thread

在InnoDB引擎中大量使用了AIO（Async IO）來(lái)處理寫(xiě)IO請(qǐng)求，這樣可以極大提高數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。而io thread的主要工作就是負(fù)責(zé)這些IO請(qǐng)求的回調(diào)處理。可以使用命令show engine innodb status\G來(lái)觀察io threa。

圖片來(lái)自廣東睿江云

從上圖可以看到，有1個(gè)insert buffer線程；1個(gè)log線程；4個(gè)read線程；4個(gè)write線程。

purge thread

事務(wù)被提交后，其所使用的undo log（用于事務(wù)commit失敗后回滾操作用）可能不在需要，因此需要purge線程來(lái)回收undo頁(yè)。在InnoDB 1.1版本之前，purge thread在master thread中完成；而從InnoDB 1.1版本開(kāi)始，purge操作獨(dú)立到專(zhuān)門(mén)的線程執(zhí)行，以減輕master thread壓力，提升cpu使用率、提升引擎性能；從InnoDB 1.2版本開(kāi)始，還支持多個(gè)purge thread以進(jìn)一步加快undo頁(yè)回收。

page cleaner thread

在InnoDB 1.2.x版本中引入，其作用是將之前版本中臟頁(yè)面是刷新操作都放在獨(dú)立的線程中完成，也是為了減輕master thread的壓力，提升性能。

3.內(nèi)存

緩沖池

InnoDB引擎的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是基于磁盤(pán)的，把記錄按照一定的格式記錄在磁盤(pán)，但是由于CPU與磁盤(pán)的速度有較大的差別，因此引入了基于內(nèi)存緩沖技術(shù)來(lái)提高數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。簡(jiǎn)單來(lái)講，把要讀取數(shù)據(jù)的磁盤(pán)內(nèi)容先加載到內(nèi)存緩沖區(qū)域，下次讀取同樣數(shù)據(jù)時(shí)先判斷是否被緩沖區(qū)所緩存，如果緩存則從緩沖區(qū)讀取內(nèi)容；同樣，當(dāng)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時(shí)，不直接修改磁盤(pán)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，而是先修改緩沖區(qū)域，然后通過(guò)一種叫checkpoint（具體后面會(huì)介紹）的機(jī)制把更新的數(shù)據(jù)刷新到磁盤(pán)。

因此對(duì)于InnoDB引擎來(lái)講，緩沖池的設(shè)置變得尤其重要，可以通過(guò)innodb_buffer_pool_size參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

雖然緩沖池是為了緩沖數(shù)據(jù)，但是緩沖池保存的數(shù)據(jù)類(lèi)型不僅僅只有數(shù)據(jù)庫(kù)的記錄，有以下幾種類(lèi)型：索引頁(yè)、數(shù)據(jù)頁(yè)、undo頁(yè)、插入緩沖（insert buffer）、自適應(yīng)哈希索引、InnoDB存儲(chǔ)的鎖信息（lock info）、數(shù)據(jù)字典信息等。

從InnoDB 1.0.x版本開(kāi)始，允許有多個(gè)緩沖池實(shí)例，每個(gè)頁(yè)根據(jù)哈希值平均分配到不同緩沖池實(shí)例中，這樣可以增加數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)處理。具體多實(shí)例緩沖池本文不再詳細(xì)展開(kāi)描述，有興趣者可以繼續(xù)通過(guò)其它途徑深入了解。

內(nèi)存管理 LRU List、Free List、Flush List

通常來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)存緩沖區(qū)是通過(guò)LRU（Latest Recent Used，最近最少使用）算法來(lái)進(jìn)行管理。即頻繁使用的頁(yè)在LRU列表的前端，而最少使用的頁(yè)在LRU的尾端。當(dāng)緩沖池不能存放新讀取到的頁(yè)時(shí)，將首先釋放LRU列表尾端的頁(yè)。

在InnoDB引擎中，緩沖池中頁(yè)的大小默認(rèn)是16KB，同樣也是使用LRU算法來(lái)進(jìn)行管理，稍有不同的是，引擎對(duì)傳統(tǒng)的LRU算法進(jìn)行了一些優(yōu)化，當(dāng)讀取到新的頁(yè)，但并不是直接插入到LRU列表的首部，而是插入到LRU列表的midpoint位置，這個(gè)位置可以通過(guò)參數(shù)innodb_old_blocks_pct控制，默認(rèn)情況下這個(gè)數(shù)值是37，代表插入到LRU列表尾部的37%的位置。關(guān)于InnoDB下LRU的算法不在本文詳細(xì)講解，有興趣的讀者可以自行查閱相關(guān)資料。

介紹完LRU List，下面介紹Free List，F(xiàn)ree列表保存的是空閑頁(yè)，引擎需要從緩沖池中分頁(yè)時(shí)，首先從Free列表中查找是否有空閑頁(yè)，若有則把頁(yè)從Free List獲取然后刪除放到LRU List中，同理當(dāng)LRU List的頁(yè)面需要淘汰時(shí)則重新加入到Free List。

在LRU列表中的頁(yè)被修改后，程該頁(yè)為臟頁(yè)（dirty page），即緩沖池中的頁(yè)和磁盤(pán)上的頁(yè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生了不一致，這時(shí)候數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)通過(guò)checkpoint機(jī)制將臟頁(yè)刷新回磁盤(pán)（關(guān)于checkpoint在下一節(jié)會(huì)介紹），而Flush List則是專(zhuān)門(mén)保存這些臟頁(yè)的列表。

redo log重做日志

InnoDB存儲(chǔ)引擎的內(nèi)存區(qū)域除了緩沖池外，還有重做日志緩沖（redo log buffer）。InnoDB存儲(chǔ)引擎首先將日志信息先放入到這個(gè)緩沖區(qū)，然后按一定的頻率刷新到redo log文件中。在后面“文件”一章會(huì)詳細(xì)描述各自文件及其作用，其中就包含了redo log，這里先不做過(guò)多的講解。

額外的內(nèi)存池

額外的內(nèi)存池記錄的是數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部需要用到的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如記錄緩沖池信息的、記錄LRU、鎖等，這塊往往也會(huì)被忽略。

4.checkpoint

在前面的小結(jié)描述過(guò)，緩沖池設(shè)計(jì)的目的是為了協(xié)調(diào)CPU速度與磁盤(pán)速度的鴻溝，頁(yè)的所有操作首先都是在緩沖池中完成的，如一條update、delete、insert語(yǔ)句改變了頁(yè)中的記錄，那么此時(shí)此頁(yè)是臟的，數(shù)據(jù)庫(kù)需要把頁(yè)的數(shù)據(jù)更新到磁盤(pán)中。
如果每一次變化都立刻更新到磁盤(pán)，那么這個(gè)效率會(huì)非常大，也失去了緩沖池的意義，但是如果長(zhǎng)時(shí)間不刷新又會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰時(shí)刻無(wú)法及時(shí)把數(shù)據(jù)更新到磁盤(pán)而出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不一致性。

為了避免這些問(wèn)題，當(dāng)前事務(wù)型的數(shù)據(jù)庫(kù)普遍都采用了wirte ahead log的策略，即當(dāng)事務(wù)提交的時(shí)候，先寫(xiě)redo log，再修改頁(yè)，如果期間發(fā)生宕機(jī)了可以通過(guò)redo log進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。

checkpoint技術(shù)就是用于記錄redo log里面，那些log已經(jīng)刷新到磁盤(pán)了，那些log還沒(méi)刷新，在InnoDB引擎里面，其checkpoint標(biāo)記是通過(guò)一個(gè)叫LSN（log sequence number）來(lái)標(biāo)記，LSN是一個(gè)8字節(jié)的數(shù)字，LSN之前的log都是已經(jīng)被刷新到磁盤(pán)了，之后都是未被刷新的，所以當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)宕機(jī)恢復(fù)的時(shí)候，只需要把LSN之后的redo log進(jìn)行刷新即可。

5.InnoDB關(guān)鍵特性

InnoDB存儲(chǔ)引擎的關(guān)鍵特性包括：

插入緩沖（insert buffer）

兩次寫(xiě)（double write）

自適應(yīng)哈希索引（adaptive hash index）

異步io（async io）

刷新鄰接頁(yè)(flush neighbor page)

下面只選取其中一些比較好理解的特性來(lái)簡(jiǎn)單介紹，其他比較復(fù)雜的如插入緩沖、自適應(yīng)哈希索引留待讀者自行去做詳細(xì)的研究。

兩次寫(xiě)

顧名思義，就是寫(xiě)兩次的意思，在InnoDB引擎中，有個(gè)叫共享表空間，這個(gè)空間可以存放一些共享的數(shù)據(jù)，比如索引等信息，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)需要把一個(gè)緩沖池的頁(yè)刷新到磁盤(pán)時(shí)，先把頁(yè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入到共享表空間，然后再寫(xiě)入磁盤(pán)，當(dāng)寫(xiě)入磁盤(pán)發(fā)現(xiàn)異常導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失了，這時(shí)候從共享表空間把數(shù)據(jù)恢復(fù)重新寫(xiě)入磁盤(pán)。

異步io

簡(jiǎn)單來(lái)講，異步io就是把io操作變成異步的方式，比如需要對(duì)磁盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)，則先發(fā)起一個(gè)io操作，等待磁盤(pán)讀寫(xiě)完成后再通知上層進(jìn)行處理，異步io還有一個(gè)好處是可以對(duì)一些io操作進(jìn)行合并優(yōu)化，比如可以對(duì)連續(xù)頁(yè)的請(qǐng)求進(jìn)行合并成一次請(qǐng)求等。

刷新鄰接頁(yè)

這個(gè)也是比較好理解的，就是當(dāng)刷新一個(gè)臟頁(yè)時(shí)，InnoDB存儲(chǔ)引擎會(huì)檢測(cè)該頁(yè)所在的區(qū)的所有頁(yè)，如果都是臟頁(yè)，那么一起進(jìn)行刷新，可以借助異步io進(jìn)行多個(gè)寫(xiě)操作的合并，提升效率。

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當(dāng)前名稱(chēng)：InnoDB存儲(chǔ)引擎-創(chuàng)新互聯(lián)
瀏覽路徑：http://jinyejixie.com/article40/gjheo.html

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