MySQL中的存储引擎详解

为了管理方便，人们把连接管理、查询缓存、语法解析、查询优化这些并不涉及真实数据存储的功能划分为MySQL Server的功能，把真实存取数据的功能划分为存储引擎的功能。所以在MySQL Server完成了查询优化后，只需按照生成的执行计划调用底层存储引擎提供的API，获取到数据后返回给客户端就好了。

MySQL中提到了存储引擎的概念。简而言之，存储引擎就是指表的类型。其实存储引擎以前叫做表处理器，后来改名为存储引擎，它的功能就是接收上层传下来的指令，然后对表中的数据进行提取或写入操作。

【1】 MySQL支持的引擎

我们可以通过如下命令查看当前数据库服务器支持的存储引擎：

show engines

XA 就是 X/Open DTP 定义的交易中间件与数据库之间的接口规范（即接口函数）。交易中间件用它来通知数据库事务的开始、结束以及提交、回滚等。 XA 接口函数由数据库厂商提供，可以理解XA指标表示是否支持分布式事务。

查看当前服务器的存储引擎

show variables like  '%storage_engine%'

如果在创建表的语句中没有显示指定表的存储引擎的话，那就回默认使用InnoDB作为表的存储引擎。如果我们想改变表的默认存储引擎的话，可以这样写启动服务器的命令行：

set DEFAULT_STORAGE_ENGINE=InnoDB

或者修改my.cnf文件：

default-storage-engine=InnoDB

① InnoDB引擎

具备外键支持功能的事务存储引擎。MySQL从3.23.34a开始就包含InnoDB存储引擎，5.5之后，默认采用InnoDB引擎。

Innodb引擎 提供了对数据库ACID事务的支持。并且还提供了行级锁和外键的约束。InnoDB是MySQL的默认事务型引擎，它被设计用来处理大量的短期(short-lived)事务。可以确保事务的完整提交(Commit)和回滚(Rollback)。

数据文件结构：

• 表名.frm 存储表结构（MySQL8时合并在 表名.ibd 中）
• 表名.ibd 存储数据和索引

InnoDB是为处理巨大数据量的最大性能设计。在以前的版本中，字典数据以元数据文件、非事务表等来存储。现在这些元数据文件被删除了，比如.frm .par .trn .isl .db .opt 等都在MySQL8中不存在了。

对于MyISAM的存储引擎，InnoDB写的处理效率差一些，并且会占用更多的磁盘空间以保持数据和索引。

MyISAM只缓存索引，不缓存真实数据。InnoDB不仅缓存索引还要缓存真实数据，对内存要求较高，而且内存大小对性能有决定性的影响。

总结： 除了增加和查询外，还需要更新、删除操作那么应该优先选择InnoDB存储引擎。

② MyISAM引擎

主要的非事务处理存储引擎，其是5.5之前默认的存储引擎。

MyISAM提供了大量的特性，包括全文索引、压缩、空间函数（GIS）等，但MyISAM不支持事务、行级锁、外键，有一个毫无疑问的缺陷就是崩溃后无法安全恢复。

优势是访问的速度快，对事务完整性没有要求或者以select、insert为主的应用(只读应用或以读为主的业务)。

针对数据统计有额外的常数存储，故而比如 count(*) 的查询效率很高。数据文件结构：

• 表名.frm 存储表结构(MySQL8中为 表名.sdi)
• 表名.MYD 存储数据
• 表名.MYI 存储索引

③ Archive引擎

用于数据存档。archive是归档的意思，仅仅支持插入和查询两种功能（行被插入后不能再修改）。在MySQL5.5以后支持索引功能。

拥有很好的压缩机制，使用zlib压缩库，在记录请求的时候实时的进行压缩，经常被用来作为仓库使用。创建ARCHIVE表时，存储引擎会创建名称以表名开头的文件，数据文件的扩展名为.ARZ。

根据英文的测试结论来看，同样数据量下，Archive表比MyISAM表要小大约75%，比支持事务处理的InnoDB表小大于83%。

Archive存储引擎采用了行级锁。该引擎支持AUTO_INCREMENT列属性。AUTO_INCREMENT列可以具有唯一索引或非唯一索引。尝试在任何其他列创建所以会导致错误。

Archive表适合日志和数据采集（档案）类应用，适合存储大量的独立的作为历史记录的数据。拥有很高的插入速度，但是对查询的支持较差。

④ Blackhole引擎

丢弃写操作，读操作会返回空内容。Blackhole引擎没有实现任何存储机制，它会丢弃所有插入的数据，不做任何保证。但服务器会记录Blackhole表的日志，所以可以用于复制数据到备库，或者简单地记录到日志。但这种应用方式会碰到很多问题，不推荐。

⑤ CSV引擎

存储数据时，以逗号分隔各个数据项。CSV引擎可以将普通的CSV文件作为MySQL的表来处理，但不支持索引。其可以作为一种数据交换的机制，存储的数据直接可以在操作系统里，用文本编辑器或者Excel读取。对于数据的快速导入、导出是有明显优势的。

创建CSV表时，服务器会创建一个纯文本数据文件，其名称以表名开头并带有.CSV 扩展名。当你将数据存储到表中时，存储引擎将其以逗号分隔值格式保存到数据文件中。

⑥ Memory引擎

置于内存的表。Memory采用的逻辑介质是内存，响应速度很快，但是当mysqld守护进程崩溃的时候数据会丢失。另外，要求存储的数据是数据长度不变的格式，比如blob/text类型的数据不可用。

Memory同时支持哈希（HASH）索引和B+树索引

哈希索引对于等值查询很快，但是对于范围查询慢；

默认使用哈希索引

Memory表至少要比MyISAM表要快一个数量级。

memory表的大小是受到限制的。表的大小主要取决于两个参数，分别是 max_rows 和 max_heap_table_size 。 其中，max_rows 可以在创建表时指定，max_heap_table_size的 大小默认为16MB，可以按需要进行扩大。

Memory的数据文件和索引文件是分开存储的。

每个基于Memory存储引擎的表实际对应一个磁盘文件，该文件的文件名与表名相同，类型为 .frm ，该文件中只存储表的结构，而其 数据文件都是存储在内存中的。

优点是有利于数据的快速处理，提高整个表的处理效率；

缺点是数据易丢失，生命周期短。

Federated引擎，访问远程表。该引擎是访问其他MySQL服务器的一个代理，尽管该引擎看起来提供了一种很好的跨服务器的灵活性，但也经常带来问题，因此默认是禁用的。

Merge引擎，管理多个MyISAM表构成的表集合。

NDB引擎，MySQL集群专用存储引擎。也叫做NDB Cluster存储引擎，主要用于MySQL Cluster 分布式集群环境，类似于Oracle的RAC集群。

【2】 MyISAM与InnoDB区别

MySQL5.5之前的默认存储引擎是MyISAM，5.5之后修改为了InnoDB。

首先对于InnoDB存储引擎，提供了良好的事务管理、崩溃修复能力和并发控制。因为InnoDB存储引擎支持事务，所以对于要求事务完整性的场合需要选择InnoDB，比如数据操作除了插入和查询以外还包含有很多更新、删除操作像财务系统等。缺点是读写效率较差，占用的数据空间相对比较大。

其次对于MyISAM存储引擎，如果是小型应用，系统以读操作和插入操作为主，只有很少的更新、删除操作，并且对事务的要求没有那么高，则可以选择这个存储引擎。MyISAM存储引擎的优势在于占用空间小，处理速度快。缺点是不支持事务的完整性和并发性。

关于MyISAM和InnoDB的数据文件存储可以参考博文：认真学习MySQL的数据文件存储

① 在索引上的区别

InnoDB索引是聚簇索引，MyISAM索引是非聚簇索引。

InnoDB的主键索引的叶子节点存储着行数据，因此主键索引非常高效。

MyISAM索引的叶子节点存储的是行数据地址，需要再寻址一次才能得到数据。

InnoDB非主键索引的叶子节点存储的是主键和其他带索引的列数据，因此查询时做到覆盖索引会非常高效。

InnoDB的数据文件本身就是主键索引文件，这样的索引被称为“聚簇索引”

InnoDB中primary index(主键索引或者聚簇索引)是和row data存放在一起的，而secondary index(辅助索引)则是单独存放，然后有个指针指向primary key。primary key则主要在扫描索引同时要返回row data时的作用较大。

② 表/行锁差异

MyISAM只支持表级锁，用户在操作myisam表时，select，update，delete，insert语句都会给表自动加锁，如果加锁以后的表满足insert并发的情况下，可以在表的尾部插入新的数据。

InnoDB支持事务和行级锁，是innodb的最大特色。行锁大幅度提高了多用户并发操作的新能。但是InnoDB的行锁，是在索引上生效的。如果没有命中索引，则锁表。

MyISAM锁的粒度是表级，而InnoDB支持行级锁定。简单来说就是, InnoDB支持数据行锁定，而MyISAM不支持行锁定，只支持锁定整个表。

MyISAM同一个表上的读锁和写锁是互斥的，MyISAM并发读写时如果等待队列中既有读请求又有写请求，默认写请求的优先级高，即使读请求先到，所以MyISAM不适合于有大量查询和修改并存的情况，那样查询进程会长时间阻塞。因为MyISAM是锁表，所以某项读操作比较耗时会使其他写进程饿死。

③ 表主键

MyISAM： 允许没有任何索引和主键的表存在，索引都是保存行的地址。

InnoDB： 如果没有设定主键或者非空唯一索引，就会自动生成一个6字节的主键(用户不可见)，行数据是主键索引的一部分，二级索引则是单独存放，然后有个指针指向primary key。InnoDB的主键范围更大，最大是MyISAM的2倍。

④ 行数统计count

没有where的count()使用MyISAM要比InnoDB快得多。因为MyISAM内置了一个计数器，count()时它直接从计数器中读，而InnoDB必须扫描全表。

所以在InnoDB上执行count()时一般要伴随where，且where中要包含主键以外的索引列。为什么这里特别强调“主键以外”？

因为InnoDB中主键索引是和行数据存放在一起的，而二级索引则是单独存放，然后有个指针指向primary key。所以只是count()的话使用secondary index扫描更快，而primary key则主要在扫描索引同时要返回row data时的作用较大。

【3】InnoDB的优势

InnoDB存储引擎在实际应用中拥有诸多优势，比如操作便利、提高了数据库的性能、维护成本低等。如果由于硬件或软件的原因导致服务器崩溃，那么在重启服务器之后不需要进行额外的操作。InnoDB崩溃恢复功能自动将之前提交的内容定型，然后撤销没有提交的进程，重启之后继续从崩溃点开始执行。

InnoDB存储引擎在主内存中维护缓冲池，高频率使用的数据将在内存中直接被处理。这种缓存方式应用于多种信息，加速了处理进程。

在专用服务器上，物理内存中高达80%部分被应用于缓冲池。插入、更新和删除操作通过做改变缓冲自动机制进行优化。InnoDB不仅支持当前读写，也会缓冲改变的数据到数据流磁盘。

如果需要将数据插入不同的表中，可以设置外键加强数据的完整性。更新或者删除数据，关联数据将会被自动更新或删除。如果试图将数据插入从表，但在主表中没有对应的数据，插入的数据将被自动移除。

如果磁盘或内存中的数据出现崩溃，在使用脏数据之前，校验和机制会发出警告。当每个表的主键都设置合理时，与这些列有关的操作会被自动优化。

InnoDB的性能优势不只存在于长时运行查询的大型表。在同一列多次被查询时，自适应哈希索引会提高查询的速度。使用InnoDB可以压缩表和相关索引，可以在不影响性能和可用性的情况下创建或删除索引。

对于大型文本和BLOB数据，使用动态行形式，这种存储布局更高效。即使有些操作系统限制文件大小为2GB，InnoDB仍然可以处理。当处理大数据量时，InnoDB兼顾CPU以达到最大性能。

在同一个语句中，InnoDB表可以与其他存储引擎表混用。

【4】InnoDB和ACID模型

ACID模型是一系列数据库设计规则，这些规则着重强调可靠性，而可靠性对于商业数据和任务关键型应用非常重要。MySQL包含类似InnoDB存储引擎的组件，与ACID模型紧密相连，这样出现意外时，数据不会崩溃，结果不会失真。

如果依赖ACID模型，可以不使用一致性检查和崩溃恢复机制。如果拥有额外的软件保护，极可靠的硬件或者应用可以容忍一小部分的数据丢失和不一致，可以将MySQL设置调整为只依赖部分ACID特性，以达到更高的性能。下面给出InnoDB存储引擎和ACID模型相同作用的四个方面。

① 原子方面

ACID的原子方面主要涉及InnoDB事务，与MySQL相关的特性主要包括：

• 自动提交设置
• Commit语句
• rollBack语句
• 操作INFORMATION_SCHEMA 库中的表数据

② 一致性方面

ACID模型的一致性主要涉及保护数据不崩溃的内部InnoDB处理过程，与MySQL相关的特性主要包括：

• InnoDB双写缓存
• InnoDB崩溃恢复

③ 隔离方面

隔离是应用于事务的级别，与MySQL相关的特性主要包括：

• 自动提交设置
• SET ISOLATION LEVEL语句
• InnoDB锁的低级别信息

④ 耐久性(持久性)方面

ACID模型的耐久性主要涉及与硬件配置相互影响的mysql软件特性。由于硬件复杂度多样化，耐久性方面没有具体的规则可循。与MySQL相关的特性有：

InnoDB双写缓存，通过 innodb_doublewrite 配置项配置；

配置项 innodb_flush_log_at_trx_commit

配置项 sync_binlog

配置项 innodb_file_per_table

存储设备的写入缓存

存储设备的备用电池缓存

运行MySQL的操作系统

持续的电力供应

备份策略

对分布式或托管的应用，最主要的在于硬件设备的地点及网络情况

【5】InnoDB架构

① 缓冲池

缓冲池是主内存中的一部分空间，用来缓存已使用的表和索引数据。缓冲池使得经常被使用的数据能够直接在内存中获得，从而提高速度。

② 更改缓存

更改缓存是一个特殊的数据结构，当受影响的索引页不在缓存中时，更改缓存会缓存辅助索引页的更改。索引页被其他读取操作时会加载到缓存池，缓存的更改内容就会被合并。不同于集群索引，辅助索引并非独一无二的。

当系统大部分闲置时，清除操作会定期运行，将更新的索引页刷入磁盘。更新缓存合并期间，可能会大大降低查询的性能。在内存中，更新缓存占用一部分InnoDB缓冲池。在磁盘中，更新缓存是系统表空间的一部分。更新缓存的数据类型 由 innodb_change_buffering 配置项管理。

③ 自适应哈希索引

自适应哈希索引将负载和足够的内存结合起来，使得InnoDB像内存数据库一样运行，不需要降低事务上的性能或可靠性。这个特性通过 innodb_adaptive_hash_index 选项配置，或者通过 --skip-innodb_adaptive_hash_index 命令行在服务器启动时关闭。

④ 重做日志缓存

重做日志缓存存放要放入重做日志的数据。重做日志缓存大小通过 innodb_log_buffer_size 配置项配置。重做日志缓存会定期地将日志文件刷入磁盘。大型的重做日志缓存使得大型事务能够正常运行而不需要写入磁盘。

⑤ 系统表空间

系统表空间包括InnoDB数据字典、双写缓存、更新缓存和撤销日志，同时也包括表和索引数据。多表共享，系统表空间被视为共享表空间。

⑥ 双写缓存

双写缓存位于系统表空间中，用于写入从缓存池刷新的数据页。只有在刷新并写入双写缓存后，InnoDB才会将数据页写入合适的位置。

⑦ 撤销日志(Undo log)

撤销日志是一系列与事务相关的撤销记录的集合，包含如何撤销事务最近的更改。

如果其他事务要查询原始数据，可以从撤销日志记录中追溯未更改的数据。撤销日志存在于撤销日志片段中，这些片段包含于回滚片段中。

⑧ 独立表空间

也就是每个表一个文件的表空间，即每个单独的表空间创建在自身的数据文件中，而不是系统表空间中。这个功能通过 innodb_file_per_table 配置项开启。每个表空间由一个单独的 .ibd 数据文件代表，该文件默认被创建在数据库目录中。

⑨ 通用表空间

使用CREATE TABLESPACE 语法创建共享的InnoDB表空间。通用表空间可以创建在MySQL数据目录之外能够管理多个表并支持所有行格式的表。

⑩ 撤销表空间

撤销表空间由一个或多个包含撤销日志的文件组成，撤销表空间的数量是由 innodb_undo_tablespace 配置项配置。

11 临时表空间

用户创建的临时表空间和基于磁盘的内部临时表都创建于临时表空间。innodb_temp_data_file_path 配置项定义了相关的路径、名称、大小和属性。如果该值为空，默认会在 innodb_data_home_dir变量指定的目录下创建一个自动扩展的数据文件。

12 重做日志(Redo log)

重做日志是基于磁盘的数据结构，在崩溃恢复期间使用，用来修复数据。正常操作期间，重做日志会将请求数据进行编码，这些请求会改变 InnoDB表数据。遇到意外崩溃后，未完成的更改会自动在初始化期间重新进行。