【八股消消乐】MySQL存储引擎InnoDB知识点汇总

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题目

💬技术栈：MySQL

🔍简历内容：熟悉InnoDB体系架构、逻辑存储结构以及redo log工作原理。

🚩面试问：InnoDB 存储引擎的实现和运行原理是什么？

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💡建议暂停思考10s，你有答案了嘛？如果你有不同题解，欢迎评论区留言、打卡。

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答案

InnoDB 体系架构

（1）内存池

• 客户端读取数据时，如果数据存在于缓冲池中，客户端就会直接读取缓冲池中的数据，否则再去磁盘中读取；
• 对于数据库中的修改数据，首先是修改在缓冲池中的数据，然后再通过 Master Thread 线程刷新到磁盘上。
• 缓冲池中不仅缓存索引页和数据页，还包括了 undo 页，插入缓存、自适应哈希索引以及 InnoDB 的锁信息等等。
• InnoDB 存储引擎会先将重做日志信息放入到缓冲区中，然后再刷新到重做日志文件中。
• InnoDB 允许多个缓冲池实例，从而减少数据库内部资源的竞争，增强数据库的并发处理能力。

（2）后台线程

• Master Thread：主要负责将缓冲池中的数据异步刷新到磁盘中，除此之外还包括插入缓存、undo 页的回收等。
• IO Thread：负责读写 IO 的线程。
• Purge Thread：主要用于回收事务已经提交了的 undo log。
• Pager Cleaner Thread：新引入的一个用于协助 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。

（3）存储文件

• .frm 文件：MySQL 中建立一张表都会生成一个.frm 文件，用来保存每个表的元数据信息的，主要包含表结构定义。
• .ibd 文件（独占表空间文件）：

InnoDB 逻辑存储结构

InnoDB 逻辑存储结构分为表空间（Tablespace）、段 (Segment)、区 (Extent)、页 Page) 以及行 (row)。

（1）表空间（Tablespace）：InnoDB 提供了两种表空间存储数据的方式，一种是共享表空间，一种是独占表空间。

• InnoDB 默认会将其所有的表数据存储在一个共享表空间中，即 ibdata1。
• 通过设置 innodb_file_per_table 参数为 1（1 代表独占方式）开启独占表空间模式
• 开启之后，每个表都有自己独立的表空间物理文件，所有的数据以及索引都会存储在该文件中，这样方便备份以及恢复数据。

（2）段 (Segment)：表空间是由各个段组成的，段一般分为数据段、索引段和回滚段等。

• InnoDB 默认是基于 B + 树实现的数据存储。
• 索引段： B + 树的非叶子节点。
• 数据段： B + 树的叶子节点。
• 回滚段：回滚数据。

（3）区 (Extent) / 页（Page）：

• 区是表空间的单元结构，每个区的大小为 1MB。
• 页是组成区的最小单元，页也是 InnoDB 存储引擎磁盘管理的最小单元，每个页的大小默认为 16KB。
• 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。

（4）行（Row）

• InnoDB 存储引擎是面向列的（row-oriented)，也就是说数据是按行进行存放的。
• 每个页存放的行记录也是有硬性定义的，最多允许存放 16KB/2-200 行，即 7992 行记录。

redo log 工作原理

InnoDB 的事务实现是基于事务日志redo log 和 undo log实现的。

• redo log：重做日志，提供再写入操作，实现事务的持久性；redo log 又包括了内存中的日志缓冲（redo log buffer）以及保存在磁盘的重做日志文件（redo log file），前者存储在内存中，容易丢失，后者持久化在磁盘中，不会丢失。
  • Write Ahead Log 策略：InnoDB 的更新操作采用的是 Write Ahead Log 策略，即先写日志，再写入磁盘。当一条记录更新时，InnoDB 会先把记录写入到 redo log buffer 中，并更新内存数据。
    • 可以通过参数 innodb_flush_log_at_trx_commit 自定义 commit 时，如何将 redo log buffer 中的日志刷新到 redo log file 中。
  • redo log 的大小是固定的，分别有多个日志文件采用循环方式组成一个循环闭环，当写到结尾时，会回到开头循环写日志
    • 可以通过参数 innodb_log_files_in_group 和 innodb_log_file_size 配置日志文件数量和每个日志文件的大小。
  • 脏页：Buffer Pool 中更新的数据未刷新到磁盘中。
    • 触发脏页的刷新的条件：
      • redo log 日志满了
      • 系统内存不足时，需要将一部分数据页淘汰掉，如果淘汰的是脏页，需要先将脏页同步到磁盘；
      • MySQL 认为空闲的时间，这种情况没有性能问题；
      • MySQL 正常关闭之前，会把所有的脏页刷入到磁盘，这种情况也没有性能问题。
    • 慢 SQL 监控中会发现偶尔会出现一些用时稍长的 SQL，这是因为脏页在刷新到磁盘时可能会给数据库带来性能开销，导致数据库操作抖动。
• undo log：回滚日志，提供回滚操作，保证事务的一致性。

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📌 [ 笔者 ]   文艺倾年
📃 [ 更新 ]   2025.6.7
❌ [ 勘误 ]   /* 暂无 */
📜 [ 声明 ]   由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！