(九)、InnoDB 引擎
1.InnoDB_逻辑存储结构 ⭐
表空间-> 段 -> 区 -> 页 ->行。
(1).逻辑存储结构_表空间 (TableSpace)
表空间(ibd文件),一个mysql实列可以对应多个表空间，用于存储记录、索引等数据。
(2).逻辑存储结构_段(Segment)
段，分为数据段(Left node segment)、索引段(Non-leaf node segment)、回滚段(Rollback segment)、InnoDB是索引组织表，数据段就是B+树的叶子节点，索引段即为B+树的非叶子节点。段用来管理多个Extent(区)。
(3).逻辑存储结构_区 (Extent)
区，表空间的单元结构，每一个区大小为1MB.默认情况下,InnoDB存储引擎页大小为16K.即一个区中共有64个连续的页。
(4).逻辑存储结构_页(Page)
页,是InnoDB存储引擎磁盘管理的最小单元，每个页的大小默认为16K.为了保证页的连续性，InnoDB存储引擎每次从磁盘申请4-5个区。
(5).逻辑存储结构_行
行，InnoDB存储引擎数据是按行进行存放的。
- Trx_id: 每次对某条记录进行改动时，都会把对应的事务id复制给Trx_id隐藏列。
- Roll_pointer: 每次对某条引记录进行改动时，都会把旧的版本写入到undo日志中，然后这个隐藏列就相当于一个指针，可以通过它来找到该记录修改前的信息。
2.InnoDB_架构_内存结构 ⭐
(1).InnoDB_内存结构介绍
MySQL5.5 版本开始，默认使用InnoDB存储引擎，它擅长事务处理，具有崩溃恢复特性，在日常开发中使用非常广泛。
下面是InnoDB架构图，左侧为内存结构，右侧为磁盘结构。
在左侧的内存结构中，主要分为这么四大块儿： Buffer Pool、Change Buffer、Adaptive Hash Index、Log Buffer。
(2). InnoDB_内存结构 Buffer Pool (缓冲池)
缓冲池 Buffer Pool，是主内存中的一个区域，里面可以缓存磁盘上经常操作的真实数据，在执行增删改查操作时，① 先操作缓冲池中的数据（若缓冲池没有数据，则从磁盘加载并缓存），② 然后再以一定频率刷新到磁盘，从而减少磁盘IO，加快处理速度。
缓冲池以Page页为单位，底层采用链表数据结构管理Page。根据状态，将Page分为三种类型：
- free page：空闲page，未被使用。
- clean page：被使用page，数据没有被修改过。
- dirty page：脏页，被使用page，数据被修改过，也中数据与磁盘的数据产生了不一致。
(3).InnoDB_内存结构 Change Buffer (更改缓冲区)
Change Buffer 更改缓冲区（针对于非唯一二级索引页），在执行DML语句时，如果这些数据Page没有在Buffer Pool中，不会直接操作磁盘，而会将数据变更存在更改缓冲区 Change Buffer中，在未来数据被读取时，再将数据合并恢复到Buffer Pool中，再将合并后的数据刷新到磁盘中。
Change Buffer的意义是什么呢?
与聚集索引不同，二级索引通常是非唯一的，并且以相对随机的顺序插入二级索引。同样，删除和更新可能会影响索引树中不相邻的二级索引页，如果每一次都操作磁盘，会造成大量的磁盘IO。有了ChangeBuffer之后，我们可以在缓冲池中进行合并处理，减少磁盘IO
(4).InnoDB_内存结构 Adaptive Hash Index
自适应hash索引，用于优化对Buffer Pool数据的查询。InnoDB存储引擎会监控对表上各索引页的查询，如果观察到在特定的条件下hash索引可以提升速度，则建立hash索引，称之为自适应hash索引。
自适应哈希索引，无需人工干预，是系统根据情况自动完成。
参数: innodb_adaptive_hash_index
show variables like '%hash_index%';
(5).InnoDB_内存结构 Log Buffer (日志缓冲区)
Log Buffer：日志缓冲区，用来保存要写入到磁盘中的log日志数据（redo log 、undo log），默认大小为16MB，日志缓冲区的日志会定期刷新到磁盘中。如果需要更新、插入或删除许多行的事务，增加日志缓冲区的大小可以节省磁盘I/O。
参数:
- innodb_log_buffer_size：缓冲区大小
- innodb_flush_log_at_trx_commit：日志刷新到磁盘时机。取值主要包含以下三个：
- 1: 日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘，默认值。
- 0: 每秒将日志写入并刷新到磁盘一次。
- 2: 日志在每次事务提交后写入，并每秒刷新到磁盘一次。
3.InnoDB_架构_磁盘结构
(1).磁盘结构_System Tablespace (系统表空间)
系统表空间是更改缓冲区的存储区域。如果表是在系统表空间而不是每个表文件或通用表空间中创建的，它也可能包含表和索引数据。(在MySQL5.x版本中还包含InnoDB数据字典、undolog等)
参数：innodb_data_file_path
show variables like 'innodb_data_file_path';
(2).磁盘结构_File-Per-Table Tablespaces (独立表空间)
如果开启了innodb_file_per_table开关，则每个表的文件表空间包含单个InnoDB表的数据和索引，并存储在文件系统上的单个数据文件中。
开关参数：innodb_file_per_table ，该参数默认开启。
show variables like 'innodb_file_per_table';
如果开启的就代表: 没一张表都会生成一个表空间文件(ibd);
(3).磁盘结构_General Tablespaces (通用表空间)
通用表空间，需要通过CREATE TABLESPACE 语法创建通用表空间，在创建表时，可以指定该表空间。
- 创建表空间
CREATE TABLESPACEt '创建的表空间名' ADD DATAFILE '文件名' ENGINE=引擎名;
- 创建表时指定表空间
create table 创建表语句() tablespace 指定的表空间名;
(4).磁盘结构_Undo Tablespaces (撤销表)
撤销表空间，MySQL实例在初始化时会自动创建两个默认的undo表空间（初始大小16M），用于存储undo log日志。
(5).磁盘结构_Temporary Tablespaces (临时表空间)
InnoDB 使用会话临时表空间和全局临时表空间。存储用户创建的临时表等数据。
(6).磁盘结构_Doublewrite Buffer Files (双写缓冲区)
双写缓冲区，innoDB引擎将数据页从Buffer Pool刷新到磁盘前，先将数据页写入双写缓冲区文件中，便于系统异常时恢复数据。
(7).磁盘结构_Redo Log(重做日志)
重做日志，是用来实现事务的持久性。该日志文件由两部分组成：重做日志缓冲（redo logbuffer）以及重做日志文件（redo log）,前者是在内存中，后者在磁盘中。当事务提交之后会把所有修改信息都会存到该日志中, 用于在刷新脏页到磁盘时,发生错误时, 进行数据恢复使用。
4.InnoDB_架构_后台线程
后台线程的作用就是将缓冲区的文件加载到磁盘文件中。
在InnoDB的后台线程中，分为4类，分别是：Master Thread 、IO Thread、Purge Thread、Page Cleaner Thread。
(1).后台线程_ Master Thread (主线程)
核心后台线程，负责调度其他线程，还负责将缓冲池中的数据异步刷新到磁盘中, 保持数据的一致性，还包括脏页的刷新、合并插入缓存、undo页的回收。
(2).后台线程_IO Thread (IO线程)
在InnoDB存储引擎中大量使用了AIO来处理IO请求, 这样可以极大地提高数据库的性能，而IO Thread主要负责这些IO请求的回调。
| 线程类型 | 默认个数 | 职责 |
| Read thread | 4 | 负责读操作 |
| Write thread | 4 | 负责写操作 |
| Log thread | 1 | 负责将日志缓冲区刷新到磁盘 |
| Insert buffer thread | 1 | 负责将写缓冲区内容刷新到磁盘 |
我们可以通过以下的这条指令，查看到InnoDB的状态信息，其中就包含IO Thread信息。
show engine innodb status;
(3).后台线程_Purge Thread (回收线程)
主要用于回收事务已经提交了的undo log，在事务提交之后，undo log可能不用了，就用它来回收。
(4).后台线程_Page Cleaner Thread (清理页线程)
协助Master Thread 刷新脏页到磁盘的线程，它可以减轻Master Thread 的工作压力，减少阻塞。
5.InnoDB_事务 ⭐
(1).事务原理_概述
事务 是一组操作的集合，它是一个不可分割的工作单位，事务会把所有的操作作为一个整体一起向系统提交或撤销操作请求，即这些操作要么同时成功，要么同时失败。
- 原子性: 事务不能在分割，要么全部成功幺二秒全部失败。
- 一致性: 事务开启前后，数据要保持一致性。
- 隔离性: 不同事务之间相互隔离，互不影响。
- 持久性: 事务一旦提交或回滚，他对数据库的改变是永久的。
6.InnoDB_事务_Redo log (解决持久性)
(1).redo log 介绍
重做日志，记录的是事务提交时数据页的物理修改，是用来实现事务的持久型。
该日志文件由两部分组成: 重做日志缓冲 (read log buffer)以及重做日志文件 (redo log file),前者是在内存中，后者在磁盘中。当事务提交之后会把所有修改信息都存到该日志文件中，用于刷新胀页的磁盘，发生错误时，进行数据恢复使用。
(2).没有redo log 的时候
我们知道，在InnoDB引擎中的内存结构中，主要的内存区域就是缓冲池，在缓冲池中缓存了很多的数据页。当我们在一个事务中，执行多个增删改的操作时，InnoDB引擎会先操作缓冲池中的数据，如果缓冲区没有对应的数据，会通过后台线程将磁盘中的数据加载出来，存放在缓冲区中，然后将缓冲池中的数据修改，修改后的数据页我们称为脏页。而脏页则会在一定的时机，通过后台线程刷新到磁盘中，从而保证缓冲区与磁盘的数据一致。而缓冲区的脏页数据并不是实时刷新的，而是一段时间之后将缓冲区的数据刷新到磁盘中，假如刷新到磁盘的过程出错了，而提示给用户事务提交成功，而数据却没有持久化下来，这就出现问题了，没有保证事务的持久性。
(3).有redo log 的时候
那么，如何解决上述的问题呢？在InnoDB中提供了一份日志redo log，接下来我们再来分析一下，通过redolog如何解决这个问题。
有了redolog之后，当对缓冲区的数据进行增删改之后，会首先将操作的数据页的变化，记录在redo log buffer中。在事务提交时，会将redo log buffer中的数据刷新到redo log磁盘文件中。过一段时间之后，如果刷新缓冲区的脏页到磁盘时，发生错误，此时就可以借助于redo log进行数据恢复，这样就保证了事务的持久性。而如果脏页成功刷新到磁盘或或者涉及到的数据已经落盘，此时redolog就没有作用了，就可以删除了，所以存在的两个redolog文件是循环写的。
那为什么每一次提交事务，要刷新redo log 到磁盘中呢，而不是直接将buffer pool中的脏页刷新到磁盘呢?
因为在业务操作中，我们操作数据一般都是随机读写磁盘的，而不是顺序读写磁盘。而redo log在往磁盘文件中写入数据，由于是日志文件，所以都是顺序写的。顺序写的效率，要远大于随机写。这种先写日志的方式，称之为WAL（Write-Ahead Logging）。
7.InnoDB_事务_Undo log (解决原子性)
(1).undo log 介绍
回滚日志，用于记录数据被修改前的信息, 作用包含两个: 提供回滚(保证事务的原子性) 和MVCC(多版本并发控制) 。
undo log和redo log(物理日志)不一样，它是逻辑日志。可以认为当delete一条记录时，undo log中会记录一条对应的insert记录(旧数据)，反之亦然，当update一条记录时，它记录一条对应相反的update记录(旧数据)。当执行rollback时，就可以从undo log中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。
- Undo log销毁：undolog在事务执行时产生，事务提交时，并不会立即删除undo log，因为这些日志可能还用于MVCC。
- Undo log存储：undolog采用段的方式进行管理和记录，存放在前面介绍的rollback segment 回滚段中，内部包含1024个undo log segment。
8.InnoDB_MVVC ⭐
(1).当前读 (读取最新)
读取的是记录的最新版本，读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录，会对读取的记录加锁。对于我们日常的操作，如: select … lock in share mode (共享锁)； select … for updare、insert、delete (排他锁)都是一种当前读。
1. 验证读取最新之: 使用当前读
可以读取另一个事务已提交的数据。
(2).快照读 (读历史数据)
简单的select（不加锁）就是快照读，快照读，读取的是记录数据的可见版本，有可能是历史数据，不加锁，是非阻塞读。
- Read Committed：每次select，都生成一个快照读。
- Repeatable Read：开启事务后第一个select语句才是快照读的地方。
- Serializable：快照读会退化为当前读。
1.验证快照读，读的是历史数据
可以读取已提交的历史数据。
(3).MVCC (多版本并发控制)
全称 Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制。指维护一个数据的多个版本，使得读写操作没有冲突，快照读为MySQL实现MVCC提供了一个非阻塞读功能。MVCC的具体实现，还需要依赖于数据库记录中的三个隐式字段、undo log日志、readView。
9.InnoDB_MVVC_隐藏字段
(1).记录中的隐藏字段
当我们创建了上面的这张表，我们在查看表结构的时候，就可以显式的看到这三个字段。 实际上除了这三个字段以外，InnoDB还会自动的给我们添加三个隐藏字段及其含义分别是：
| 隐藏字段 | 含义 |
| DB_TRX_ID | 最近修改事务ID，记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务ID。 |
| DB_ROLL_PTP | 回滚指针，指向这条记录的上一个版本，用于配合undo log，指向上一个版本。 |
| DB_ROW_ID | 隐藏主键，如果表结构没有指定主键，将会生成该隐藏字段。 |
(2).查看记录中的隐藏字段。
查看数据库中 tb_user表的全部信息包括隐藏字段 MySQL8.0+
idb2sdi tb_user.idb • 1
查看到的表结构信息中，有一栏 columns，在其中我们会看到处理我们建表时指定的字段以外，还有额外的两个字段 分别是：DB_TRX_ID 、 DB_ROLL_PTR ，因为该表有主键，所以没有DB_ROW_ID隐藏字段，如果表中没有主键那么就会显示。
