InnoDB
InnoDB 是由 Innobase Oy 公司開發(fā)，該存儲(chǔ)引擎是第一個(gè)完整支持 ACID 事務(wù)的 MySQL 存儲(chǔ)引擎。具有插入緩存、兩次寫、自適應(yīng)哈希索引等關(guān)鍵特性，是一個(gè)高性能、高可用的存儲(chǔ)引擎。
整體架構(gòu)
InnoDB 有多個(gè)內(nèi)存塊，這些內(nèi)存塊組合在一起組成了一個(gè)大的內(nèi)存池。而 InnoDB 的內(nèi)存池中會(huì)有多個(gè)后臺(tái)線程，這些后臺(tái)線程負(fù)責(zé)刷新內(nèi)存池中的數(shù)據(jù)，和將臟頁(yè)（已修改的數(shù)據(jù)頁(yè)）刷新到磁盤文件。
后臺(tái)線程
默認(rèn)情況下，InnoDB 存儲(chǔ)引擎有 13 個(gè)后臺(tái)線程：
- 一個(gè) master 線程
- 一個(gè)鎖監(jiān)控線程
- 一個(gè)錯(cuò)誤監(jiān)控線程
- 十個(gè) IO 線程
- 插入緩存線程
- 日志線程
- 讀線程（默認(rèn) 4 個(gè)）
- 寫線程（默認(rèn) 4 個(gè)）
下面是我本機(jī)上的十個(gè) IO 線程
內(nèi)存池
InnoDB 存儲(chǔ)引擎的內(nèi)存池包含：緩沖池、日志緩存池、額外內(nèi)存池。這些內(nèi)存的大小分別由配置文件中的參數(shù)決定。其中占比最大的是緩沖池，里面包含了數(shù)據(jù)緩存頁(yè)、索引、插入緩存、自適應(yīng)哈希索引、鎖信息和數(shù)據(jù)字典。InnoDB 會(huì)在讀取數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的時(shí)候，將數(shù)據(jù)緩存到緩沖池中，而在修改數(shù)據(jù)的時(shí)候，會(huì)先把緩沖池中的數(shù)據(jù)修改掉，一旦修改過的數(shù)據(jù)頁(yè)就會(huì)被標(biāo)記為臟頁(yè)，而臟頁(yè)則會(huì)被 master 線程按照一定的頻率刷新到磁盤中。日志緩存則是緩存了redo-log 信息，然后再刷新到 redo-log 文件中。額外內(nèi)存池則是在對(duì)一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身分配內(nèi)存時(shí)會(huì)從額外內(nèi)存池中申請(qǐng)內(nèi)存，當(dāng)該區(qū)域內(nèi)存不足則會(huì)到緩沖池中申請(qǐng)。
Master Thread
InnoDB 存儲(chǔ)引擎的主要工作都在一個(gè)單獨(dú)的 Master Thread 中完成，其內(nèi)部由四個(gè)循環(huán)體構(gòu)成：主循環(huán)（ loop ）、后臺(tái)循環(huán)（ background loop ）、刷新循環(huán)（ flush loop ）、暫停循環(huán)（ suspend loop ）。具體工作流程如下圖所示：
主循環(huán)
主要負(fù)責(zé)將緩沖池中的日志文件刷新到磁盤中、合并插入緩存、刷新緩沖池中的臟頁(yè)數(shù)據(jù)到磁盤中、刪除無(wú)用的 Undo 頁(yè)、產(chǎn)生一個(gè) checkpoint 。在主循環(huán)中會(huì)多次將臟頁(yè)刷新到磁盤中，但是有一些刷新任務(wù)總會(huì)執(zhí)行，有一些則根據(jù)參數(shù)來判斷當(dāng)前是否需要刷新。而這個(gè)參數(shù) innodb_max_dirty_pages_pct 最大臟頁(yè)比例是通過配置文件決定的，你可以根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整你自己的最大臟頁(yè)比例，來達(dá)到最好的性能。
偽代碼如下:
后臺(tái)循環(huán)
在后臺(tái)循環(huán)中 InnoDB 會(huì)做這些事：刪除無(wú)用的Undo頁(yè)、合并插入緩存。如果當(dāng)前 InnoDB 處于空閑狀態(tài)，則跳轉(zhuǎn)到刷新循環(huán)，否則跳轉(zhuǎn)到主循環(huán)繼續(xù)處理數(shù)據(jù)。
偽代碼如下:
刷新循環(huán)
一旦執(zhí)行到刷新循環(huán)，InnoDB 會(huì)一直處理臟頁(yè)數(shù)據(jù)，直到臟頁(yè)數(shù)據(jù)達(dá)到最大臟頁(yè)比例以下。這時(shí)候會(huì)跳轉(zhuǎn)到暫停循環(huán)中（所有數(shù)據(jù)都處理完畢）。
偽代碼如下:
暫停循環(huán)
在本循環(huán)中，InnoDB會(huì)將 Master Thread 掛起，減少內(nèi)存資源使用，一直處于 waiting 狀態(tài)，等待事件來喚醒。一旦有新的事件過來，就跳轉(zhuǎn)到主循環(huán)中。
偽代碼如下:
由此可以看出，master 線程的最大的工作內(nèi)容就是刷新臟頁(yè)數(shù)據(jù)到磁盤了。這一步就是把緩存池中被修改的數(shù)據(jù)頁(yè)同步到磁盤中。而臟頁(yè)數(shù)據(jù)的刷新基本上都是由innodb_max_dirty_pages_pct 來控制的，所以當(dāng)你的服務(wù)器處理能力比較強(qiáng)，給 InnoDB 分配的內(nèi)存池比較大，這時(shí)候可能你的臟頁(yè)數(shù)據(jù)會(huì)很難達(dá)到最大臟頁(yè)比，這時(shí)候你的數(shù)據(jù)基本上都在緩沖池中，可能需要很長(zhǎng)一段時(shí)間才會(huì)到數(shù)據(jù)庫(kù)磁盤文件中，也就是臟頁(yè)的刷新速度會(huì)很低（MySQL 5.1之前的版本默認(rèn)是 90%，后面調(diào)整到 75%）。所以實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)自己內(nèi)存和數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫量來設(shè)置這個(gè)最大臟頁(yè)比。對(duì)于一次刷新臟頁(yè)數(shù)量的設(shè)置，在 InnoDB Plugin 中有一個(gè)參數(shù) innodb_adaptive_flushing自適應(yīng)刷新，InnoDB 會(huì)根據(jù)產(chǎn)生的重做日志速度來計(jì)算出當(dāng)前最適合的刷新臟頁(yè)數(shù)量。當(dāng)然 InnoDB Plugin 中還有其它很多參數(shù)配置，合理利用這些配置可以極大的提升 InnoDB 存儲(chǔ)引擎的性能。
關(guān)鍵特性
前面說到 InnoDB 的三大特性分別為：插入緩存、兩次寫、自適應(yīng)哈希索引。下面就簡(jiǎn)單介紹下這三大特性。
插入緩存
當(dāng)我插入一條數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)只有一個(gè) ID 索引（聚集索引：數(shù)據(jù)行的物理順序與列值的邏輯順序相同）的時(shí)候，并且 ID 是自增長(zhǎng)的，這時(shí)候頁(yè)中的行記錄按照 ID 順序存放，所以只需要在最新頁(yè)插入數(shù)據(jù)即可。但是如果我的表有多個(gè)非聚集索引（該索引中索引的邏輯順序與磁盤上行的物理存儲(chǔ)順序不同），在插入的時(shí)候非聚集索引的插入不再是順序的，這時(shí)候要離散的訪問非聚集索引頁(yè)，導(dǎo)致插入性能變低。而插入緩存則在插入的時(shí)候判斷緩沖池中是否存在當(dāng)前非聚集索引，如果存在則直接插入，否則先插入到一個(gè)緩存區(qū)，然后再通過 Master Thread 來合并插入緩存。這樣極大的提高了數(shù)據(jù)的寫性能。
兩次寫
兩次寫是為了解決在將緩沖池中的臟頁(yè)刷新到磁盤的過程中，操作系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致當(dāng)前的臟頁(yè)部分寫失效的問題。通過兩次寫在下次恢復(fù)的時(shí)候，InnoDB 會(huì)根據(jù)兩次寫的結(jié)果來恢復(fù)數(shù)據(jù)。
原理：在刷新臟頁(yè)的時(shí)候，不是直接把臟頁(yè)數(shù)據(jù)刷新到磁盤，而是將臟頁(yè)先寫到一個(gè)大小為2M的內(nèi)存緩存中，再將這個(gè)內(nèi)存緩存數(shù)據(jù)同步到磁盤的共享表空間中。當(dāng)全部都寫到共享表空間后，再將數(shù)據(jù)刷新到磁盤中。這樣如果發(fā)生了上面描述的情況，這時(shí)候數(shù)據(jù)會(huì)在共享表空間中有個(gè)備份，恢復(fù)的時(shí)候就可以使用共享表空間的數(shù)據(jù)。
如果有數(shù)據(jù)庫(kù)集群的情況下，master數(shù)據(jù)庫(kù)是一定要開啟兩次寫的，為了保證數(shù)據(jù)可靠性。而從數(shù)據(jù)庫(kù)可以通過參數(shù) skip_innodb_doublewrite 來禁止兩次寫功能，來提高插入效率。
自適應(yīng)哈希索引
InnoDB 會(huì)監(jiān)控對(duì)表示的索引查找，如果發(fā)現(xiàn)可以通過對(duì)索引進(jìn)行哈希來優(yōu)化搜索。這時(shí)候會(huì)對(duì)當(dāng)前的索引建立哈希索引。稱之為自適應(yīng)哈希索引（ AHI ）。可以通過參數(shù)innodb_adaptive_hash_index 來禁用或啟用此特性。
小結(jié)
總體來說 InnoDB 的高性能體現(xiàn)在：插入數(shù)據(jù)的時(shí)候先保存在內(nèi)存中，直接跟內(nèi)存交互性能比較好，而且還有插入緩存優(yōu)化，保證了高并發(fā)寫操作。高可用則表現(xiàn)在兩次寫特性，保證了機(jī)器宕機(jī)或者出故障的時(shí)候數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。這里只是簡(jiǎn)單介紹了一下 InnoDB 的工作流程和一些特性，當(dāng)然 InnoDB 還有很多很多強(qiáng)大的功能，比如說事務(wù)、鎖、索引、算法等等有興趣的同學(xué)可以參考《 MySQL 技術(shù)內(nèi)幕 InnoDB 存儲(chǔ)引擎》這本書深入了解。
