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InnoDB 存储结构深入解析

InnoDB 是 MySQL 中最常用的关系数据库引擎，其核心存储结构设计非常高效。以下将从基础到高级功能，全面解析 InnoDB 的存储结构。

1. InnoDB 磁盘结构

InnoDB 的磁盘主要包含以下几个关键组件：

• 表空间 (Tablespaces)
  • 包括系统表空间、独立表空间、撤销表空间、临时表空间等多种类型。
• InnoDB 数据字典 (Data Dictionary)
  • 存储数据库表、索引和其他元数据信息。
• 双写缓冲区 (Double Write Buffer)
  • 用于解决部分页失效问题，确保数据写入磁盘的可靠性。
• 重做日志 (Redo Log)
  • 记录数据库事务的修改操作，保障事务的持久性。
• 撤销日志 (Undo Log)
  • 记录事务回滚所需的信息，保证事务的原子性。

2. 表空间 (Tablespaces)

2.1 系统表空间 (System Tablespace)

• 包含 InnoDB 数据字典、双写缓冲区、撤销日志等核心组件。
• 默认路径为 ibdata1，大小可通过 innodb_data_file_path 参数配置。

2.2 独立表空间 (File-Per-Table Tablespaces)

• 每个表拥有独立的数据文件，文件名为 .ibd，默认存储于数据库目录。
• 使用 innodb_file_per_table 参数启用。

2.3 常规表空间 (Regular Tablespaces)

• 通用表空间，支持多个表共享，文件大小可自动扩展。

2.4 撤销表空间 (Undo Tablespaces)

• 存储撤销日志，用于事务回滚。
• 默认存储于系统表空间中，8.0 版本后可配置独立存储。

2.5 临时表空间 (Temporary Tablespaces)

• 存储临时表和磁盘内部临时表。
• 8.0 版本后默认存储于 ibtmp1 文件中。

3. 数据字典 (Data Dictionary)

3.1 MySQL 8.0 之后

• 数据字典信息存储在 InnoDB 系统表空间中，不再依赖 .frm 文件。
• 提供原子 DDL 操作，提升数据一致性。

4. 双写缓冲区 (Double Write Buffer)

4.1 什么是双写缓冲区？

• InnoDB 在写入数据时，先将脏页存入双写缓冲区，再写入磁盘。
• 确保数据写入可靠，防止磁盘故障导致数据丢失。

4.2 数据双写流程

4.3 为什么写两次？

• 第一次顺序写入共享表空间。
• 第二次随机写入独立表空间，确保数据完整性。

5. 重做日志 (Redo Log)

5.1 WAL 机制

• 写前日志（Write-Ahead Logging），确保数据持久性。

5.2 重做日志格式

• 物理日志：记录具体数据页修改。
• 逻辑日志：记录事务操作的逻辑。

5.3 重做日志写入机制

• 将日志缓冲区内容写入磁盘，确保数据持久性。
• 支持多个文件组，循环使用。

6. 撤销日志 (Undo Log)

6.1 作用

• 提供事务回滚和多版本控制（MVCC）。
• 记录事务开始前的数据状态。

6.2 工作原理

• 事务提交前记录数据变化。
• 事务回滚时利用撤销日志恢复数据。

7. 二进制日志 (Binlog)

7.1 基本概念

• 记录数据库更新操作，用于主从复制和数据恢复。

7.2 模式

• ROW 模式：记录每行数据修改。
• STATEMENT 模式：记录 SQL 语句。
• 混合模式：结合 ROW 和 STATEMENT 模式。

7.3 写入机制

• 写入缓冲区 → 系统缓存 → 磁盘。
• 支持异步和同步刷盘。

8. 新版本特性

8.1 MySQL 5.7

• 支持独立撤销表空间和临时表空间。
• 动态调整 Buffer Pool 大小。

8.2 MySQL 8.x

• 数据字典和撤销日志完全分离。
• 临时表空间支持多文件和索引。
• Double Write Buffer 从共享表空间中分离。

InnoDB 的存储结构设计充分体现了高可用性和高扩展性，适用于大规模数据存储和高并发场景。

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