MySQL索引原理与应用：索引类型，存储结构与锁

三星索引的创建过程可以发现如下规律：

• 覆盖等值谓词条件，如 first_name，可以过滤大部分的索引片数据；
• 覆盖 order by 字段可以避免对结果集的排序，如 last_name;
• 覆盖其余字段可以避免回磁盘读取数据，即使用了覆盖索引扫描，如 email。

索引存储结构

MySQL 查询的时候会先通过索引定位到对应的数据页，然后检测数据页是否在缓冲池内，如果在就直接返回，如果不在就去聚簇索引中通过磁盘 IO 读取对应的数据页并放入缓冲池。一个数据页会包含多个数据行。缓存池通过 LRU 算法对数据页进行管理，也就是最频繁使用的数据页排在列表前面，不经常使用的排在队尾，当缓冲池满了的时候会淘汰掉队尾的数据页。从磁盘新读取到的数据页并不会放在队列头部而是放在中间位置，这个中间位置可以通过参数进行修。缓冲池也可以设置多个实例，数据页根据哈希算法决定放在哪个缓冲池。

在 MySQL 存储结构一文中，我们讨论过 MySQL 数据页的存储结构。

Memory Architecture | 内存架构

InnoDB 的内存主要有以下几个部分组成：缓冲池 (buffer pool)、重做日志缓冲池(redo log buffer）以及额外的内存池（additional memory pool），如下图所示：

其中缓冲池占最大块内存，用来缓存各自数据，数据文件按页（每页 16K）读取到缓冲池，按最近最少使用算法（LRU）保留缓存数据。缓冲池缓冲的数据类型有：数据页、索引页、插入缓冲、自适应哈希索引、锁信息、数据字典信息等，其中数据页和索引页占了绝大部分内存。日志缓冲将重做日志信息先放入这个缓冲区，然后按一定频率（默认为 1s）将其刷新至重做日志文件。

InnoDB 通过一些列后台线程将相关操作进行异步处理，同时借助缓冲池来减小 CPU 和磁盘速度上的差异。当查询的时候会先通过索引定位到对应的数据页，然后检测数据页是否在缓冲池内，如果在就直接返回，如果不在就去聚簇索引中通过磁盘 IO 读取对应的数据页并放入缓冲池。一个数据页会包含多个数据行。缓存池通过 LRU 算法对数据页进行管理，也就是最频繁使用的数据页排在列表前面，不经常使用的排在队尾，当缓冲池满了的时候会淘汰掉队尾的数据页。从磁盘新读取到的数据页并不会放在队列头部而是放在中间位置，这个中间位置可以通过参数进行修。缓冲池也可以设置多个实例，数据页根据哈希算法决定放在哪个缓冲池。

Storage Architecture | 存储结构

InnoDB 存储引擎的逻辑存储结构和 Oracle 大致相同，所有数据都被逻辑地存放在一个空间中，我们称之为表空间（tablespace）。表空间又由段（segment）、区（extent）、页（page）组成。页在一些文档中有时也称为块（block），1 extent = 64 pages，InnoDB 存储引擎的逻辑存储结构大致如图所示：

表空间作为存储结构的最高层，所有数据都存放在表空间中，默认情况下用一个共享表空间 ibdata1 ，如果开启了 innodb_file_per_table 则每张表的数据将存储在单独的表空间中，也就是每张表都会有一个文件，

表空间由各个段构成，InnoDB 存储引擎由索引组织的，而索引中的叶子节点用来记录数据，存储在数据段，而非叶子节点用来构建索引，存储在索引段。区是由连续的页组成，任何情况下一个区都是 1MB，一个区中可以有多个页，每个页默认为 16KB ，所以默认情况下一个区中可以包含 64 个连续的页，页的大小是可以通过 innodb_page_size 设置，页中存储的是具体的行记录。一行记录最终以二进制的方式存储在文件里。

从物理意义上来看，InnoDB 表由共享表空间、日志文件组（更准确地说，应该是 Redo 文件组）、表结构定义文件组成。若将 innodb_file_per_table 设置为 on，则每个表将独立地产生一个表空间文件，以 ibd 结尾，数据、索引、表的内部数据字典信息都将保存在这个单独的表空间文件中。表结构定义文件以 frm 结尾，这个是与存储引擎无关的，任何存储引擎的表结构定义文件都一样，为 .frm 文件。

Process Architecture | 进程架构

默认情况下，InnoDB 的后台线程有 7 个，其中 4 个 IO thread, 1 个 Master thread, 1 个 Lock monitor thread, 一个 Error monitor thread。InnoDB 的主要工作都是在一个单独的 Master 线程里完成的。Master 线程的优先级最高，它主要分为以下几个循环：主循环（loop）、后台循环（background loop）、刷新循环（flush loop）、暂停循环（suspend loop）。

其中主循环的伪代码如下：

void master_thread() (  
    loop:  
    for (int i =0; i <10; i++){  
        do thing once per second  
        sleep 1 second if necessary  
    }  
    do things once per ten seconds  
    goto loop;  
}  

• 其中每秒一次的操作包括：刷新日志缓冲区（总是），合并插入缓冲（可能），至多刷新 100 个脏数据页（可能），如果没有当前用户活动，切换至 background loop （可能）。
• 其中每 10 秒一次的操作包括：合并至多 5 个插入缓冲（总是），刷新日志缓冲（总是），刷新 100 个或 10 个脏页到磁盘（总是），产生一个检查点（总是），删除无用 Undo 页 （总是）。
• 后台循环，若当前没有用户活动或数据库关闭时，会切换至该循环执行以下操作：删除无用的 undo 页（总是），合并 20 个插入缓冲（总是），跳回到主循环（总是），不断刷新 100 个页，直到符合条件跳转到 flush loop（可能）。
• 如果 flush loop 中也没有什么事情可做，边切换到 suspend loop，将 master 线程挂起。

索引与锁

（编辑：西安站长网）

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