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首頁(yè)大數(shù)據(jù)時(shí)代谷歌、臉書、魔獸世界都在用！InnoDB是什么？有哪些關(guān)鍵特性？
谷歌、臉書、魔獸世界都在用！InnoDB是什么？有哪些關(guān)鍵特性？
2020-07-16
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導(dǎo)讀：InnoDB是事務(wù)安全的MySQL存儲(chǔ)引擎，設(shè)計(jì)上采用了類似于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的架構(gòu)。通常來(lái)說(shuō)，InnoDB存儲(chǔ)引擎是OLTP應(yīng)用中核心表的首選存儲(chǔ)引擎。同時(shí)，也正是因?yàn)镮nnoDB的存在，才使MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)變得更有魅力。

本文將簡(jiǎn)要介紹InnoDB存儲(chǔ)引擎的體系架構(gòu)及其不同于其他存儲(chǔ)引擎的特性。

作者：姜承堯

來(lái)源：大數(shù)據(jù)DT（ID：hzdashuju）

內(nèi)容摘編自《MySQL技術(shù)內(nèi)幕：InnoDB存儲(chǔ)引擎（第2版）》

01 InnoDB存儲(chǔ)引擎概述

InnoDB存儲(chǔ)引擎最早由Innobase Oy公司開發(fā)，被包括在MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)所有的二進(jìn)制發(fā)行版本中，從MySQL 5.5版本開始是默認(rèn)的表存儲(chǔ)引擎（之前的版本InnoDB存儲(chǔ)引擎僅在Windows下為默認(rèn)的存儲(chǔ)引擎）。

該存儲(chǔ)引擎是第一個(gè)完整支持ACID事務(wù)的MySQL存儲(chǔ)引擎（BDB是第一個(gè)支持事務(wù)的MySQL存儲(chǔ)引擎，現(xiàn)在已經(jīng)停止開發(fā)），其特點(diǎn)是行鎖設(shè)計(jì)、支持MVCC、支持外鍵、提供一致性非鎖定讀，同時(shí)被設(shè)計(jì)用來(lái)最有效地利用以及使用內(nèi)存和CPU。

Heikki Tuuri是InnoDB存儲(chǔ)引擎的創(chuàng)始人，和著名的Linux創(chuàng)始人Linus是芬蘭赫爾辛基大學(xué)校友。在1990年獲得赫爾辛基大學(xué)的數(shù)學(xué)邏輯博士學(xué)位后，他于1995年成立Innobase Oy公司并擔(dān)任CEO。

同時(shí)，在InnoDB存儲(chǔ)引擎的開發(fā)團(tuán)隊(duì)中，有來(lái)自中國(guó)科技大學(xué)的Calvin Sun。隨后又有一個(gè)中國(guó)人Jimmy Yang也加入了InnoDB存儲(chǔ)引擎的核心開發(fā)團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)全文索引的開發(fā)，其之前任職于Sybase數(shù)據(jù)庫(kù)公司，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)開發(fā)工作。

InnoDB存儲(chǔ)引擎已經(jīng)被許多大型網(wǎng)站使用，如用戶熟知的Google、Yahoo!、Facebook、YouTube、Flickr，在網(wǎng)絡(luò)游戲領(lǐng)域有《魔獸世界》《Second Life》《神兵玄奇》等。我不是MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的布道者，也不是InnoDB的鼓吹者，但是我認(rèn)為當(dāng)前實(shí)施一個(gè)新的OLTP項(xiàng)目不使用MySQL InnoDB存儲(chǔ)引擎將是多么的愚蠢。

從MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的官方手冊(cè)可得知，著名的Internet新聞?wù)军c(diǎn)Slashdot.org運(yùn)行在InnoDB上。Mytrix、Inc.在InnoDB上存儲(chǔ)超過(guò)1TB的數(shù)據(jù)，還有一些其他站點(diǎn)在InnoDB上處理插入/更新操作的速度平均為800次/秒。這些都證明了InnoDB是一個(gè)高性能、高可用、高可擴(kuò)展的存儲(chǔ)引擎。

InnoDB存儲(chǔ)引擎同MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)一樣，在GNU GPL 2下發(fā)行。更多有關(guān)MySQL證書的信息，這里不再詳細(xì)介紹，可參考：

http://www.mysql.com/about/legal/

02 InnoDB存儲(chǔ)引擎的版本

InnoDB存儲(chǔ)引擎被包含于所有MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的二進(jìn)制發(fā)行版本中。早期其版本隨著MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的更新而更新。從MySQL 5.1版本時(shí)，MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)允許存儲(chǔ)引擎開發(fā)商以動(dòng)態(tài)方式加載引擎，這樣存儲(chǔ)引擎的更新可以不受MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)版本的限制。

所以在MySQL 5.1中，可以支持兩個(gè)版本的InnoDB，一個(gè)是靜態(tài)編譯的InnoDB版本，可將其視為老版本的InnoDB；另一個(gè)是動(dòng)態(tài)加載的InnoDB版本，官方稱為InnoDB Plugin，可將其視為InnoDB 1.0.x版本。

MySQL 5.5版本中又將InnoDB的版本升級(jí)到了1.1.x。而在MySQL 5.6版本中InnoDB的版本也隨著升級(jí)為1.2.x版本。

以下是InnoDB各版本功能對(duì)比。

  • 老版本InnoDB：支持ACID、行鎖設(shè)計(jì)、MVCC
  • InnoDB 1.0.x：繼承了上述版本所有功能，增加了compress和dynamic頁(yè)格式
  • InnoDB 1.1.x：繼承了上述版本所有功能，增加了Linux AIO、多回滾段
  • InnoDB 1.2.x：繼承了上述版本所有功能，增加了全文索引支持、在線索引添加

在現(xiàn)實(shí)工作中我發(fā)現(xiàn)很多MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)還是停留在MySQL 5.1版本，并使用InnoDB Plugin。很多DBA錯(cuò)誤地認(rèn)為InnoDB Plugin和InnoDB 1.1版本之間是沒有區(qū)別的。但從功能對(duì)比中還是可以發(fā)現(xiàn)，雖然都增加了對(duì)于compress和dynamic頁(yè)的支持，但是InnoDB Plugin是不支持Linux Native AIO功能的。

此外，由于不支持多回滾段，InnoDB Plugin支持的最大支持并發(fā)事務(wù)數(shù)量也被限制在1023。而且隨著MySQL 5.5版本的發(fā)布，InnoDB Plugin也變成了一個(gè)歷史產(chǎn)品。

03 InnoDB體系架構(gòu)

圖2-1簡(jiǎn)單顯示了InnoDB的存儲(chǔ)引擎的體系架構(gòu)，從圖可見，InnoDB存儲(chǔ)引擎有多個(gè)內(nèi)存塊，可以認(rèn)為這些內(nèi)存塊組成了一個(gè)大的內(nèi)存池，負(fù)責(zé)如下工作：

  • 維護(hù)所有進(jìn)程/線程需要訪問(wèn)的多個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
  • 緩存磁盤上的數(shù)據(jù)，方便快速地讀取，同時(shí)在對(duì)磁盤文件的數(shù)據(jù)修改之前在這里緩存。
  • 重做日志（redo log）緩沖。

……

▲圖2-1 InnoDB存儲(chǔ)引擎體系架構(gòu)

后臺(tái)線程的主要作用是負(fù)責(zé)刷新內(nèi)存池中的數(shù)據(jù)，保證緩沖池中的內(nèi)存緩存的是最近的數(shù)據(jù)。此外將已修改的數(shù)據(jù)文件刷新到磁盤文件，同時(shí)保證在數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生異常的情況下InnoDB能恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

InnoDB存儲(chǔ)引擎是多線程的模型，因此其后臺(tái)有多個(gè)不同的后臺(tái)線程，負(fù)責(zé)處理不同的任務(wù)。

InnoDB存儲(chǔ)引擎是基于磁盤存儲(chǔ)的，并將其中的記錄按照頁(yè)的方式進(jìn)行管理。因此可將其視為基于磁盤的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（Disk-base Database）。在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，由于CPU速度與磁盤速度之間的鴻溝，基于磁盤的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常使用緩沖池技術(shù)來(lái)提高數(shù)據(jù)庫(kù)的整體性能。

緩沖池簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一塊內(nèi)存區(qū)域，通過(guò)內(nèi)存的速度來(lái)彌補(bǔ)磁盤速度較慢對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)性能的影響。

在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行讀取頁(yè)的操作，首先將從磁盤讀到的頁(yè)存放在緩沖池中，這個(gè)過(guò)程稱為將頁(yè)“FIX”在緩沖池中。下一次再讀相同的頁(yè)時(shí)，首先判斷該頁(yè)是否在緩沖池中。若在緩沖池中，稱該頁(yè)在緩沖池中被命中，直接讀取該頁(yè)。否則，讀取磁盤上的頁(yè)。

▲圖2-2 InnoDB內(nèi)存數(shù)據(jù)對(duì)象

通常來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的緩沖池是通過(guò)LRU（Latest Recent Used，最近最少使用）算法來(lái)進(jìn)行管理的。即最頻繁使用的頁(yè)在LRU列表的前端，而最少使用的頁(yè)在LRU列表的尾端。當(dāng)緩沖池不能存放新讀取到的頁(yè)時(shí)，將首先釋放LRU列表中尾端的頁(yè)。

04 InnoDB關(guān)鍵特性

InnoDB存儲(chǔ)引擎的關(guān)鍵特性包括：

  • 插入緩沖（Insert Buffer）
  • 兩次寫（Double Write）
  • 自適應(yīng)哈希索引（Adaptive Hash Index）
  • 異步IO（Async IO）
  • 刷新鄰接頁(yè)（Flush Neighbor Page）

上述這些特性為InnoDB存儲(chǔ)引擎帶來(lái)更好的性能以及更高的可靠性。

關(guān)于作者：姜承堯（David Jiang），資深MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)專家，擅長(zhǎng)于數(shù)據(jù)庫(kù)的故障診斷、性能調(diào)優(yōu)、容災(zāi)處理、高可用和高擴(kuò)展研究，同時(shí)一直致力于MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)底層實(shí)現(xiàn)原理的研究和探索。此外，對(duì)高性能數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)也有深刻而獨(dú)到的理解。曾為MySQL編寫了許多開源工具和性能擴(kuò)展補(bǔ)丁，如廣受好評(píng)的InnoDB引擎二級(jí)緩存項(xiàng)目。

本文摘編自《MySQL技術(shù)內(nèi)幕：InnoDB存儲(chǔ)引擎（第2版）》，經(jīng)出版方授權(quán)發(fā)布。

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