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  • 一条更新SQL 是 如何执行的

    基本流程和查询SQL也是一致的,也就是说,它也要经过解析器、优化器的处理,最后交给执行器。

    区别就在于拿到符合条件的数据之后的操作。

    1.缓冲池Buffer Pool

    首先,InnnoDB 的数据都是放在磁盘上的,InnoDB 操作数据有一个最小的逻辑单位,叫做页(索引页和数据页)。我们对于数据的操作,
    不是每次都直接操作磁盘,因为磁盘的速度太慢了。InnoDB 使用了一种缓冲池的技术,也就是把磁盘读到的页放到一块内存区域里面。
    这个内存区域就叫 Buffer Pool。
    

    下一次读取相同的页,先判断是不是在缓冲池里面,如果是,就直接读取,不用再次访问磁盘。
    修改数据的时候,先修改缓冲池里面的页。内存的数据页和磁盘数据不一致的时候,我们把它叫做脏页。InnoDB 里面有专门的后台线程把 
    Buffer Pool 的数据写入到磁盘,每隔一段时间就一次性地把多个修改写入磁盘,这个动作就叫做刷脏。
    Buffer Pool 是 InnoDB 里面非常重要的一个结构,它的内部又分成几块区域。
    这里我们趁机到官网来认识一下 InnoDB 的内存结构和磁盘结构。
    

    2.InnoDB内存结构和磁盘结构

    2.1 内存结构

    Buffer Pool 主要分为 3 个部分: Buffer Pool、Change Buffer、Adaptive HashIndex,另外还有一个(redo)log buffer。
    

    1 、Buffer Pool

    Buffer Pool 缓存的是页面信息,包括数据页、索引页。其中Buffer Pool 默认大小是 128M(134217728 字节),可以调整。
    查看服务器状态,里面有很多跟 Buffer Pool 相关的信息:
    
    SHOW STATUS LIKE '%innodb_buffer_pool%';
    

    这些状态都可以在官网查到详细的含义,用搜索功能。
    https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/server-status-variables.html

    查看参数(系统变量):

    SHOW VARIABLES like '%innodb_buffer_pool%';
    

    这些状态都可以在官网查到详细的含义,用搜索功能。
    https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/server-system-variables.html

    内存的缓冲池写满了怎么办?(Redis 设置的内存满了怎么办?)InnoDB 用 LRU算法来管理缓冲池(链表实现,不是传统的 LRU,
    分成了 young 和 old),经过淘汰的数据就是热点数据。
    内存缓冲区对于提升读写性能有很大的作用。思考一个问题:
    当需要更新一个数据页时,如果数据页在 Buffer Pool 中存在,那么就直接更新好了。否则的话就需要从磁盘加载到内存,
    再对内存的数据页进行操作。也就是说,如果没有命中缓冲池,至少要产生一次磁盘 IO。
    

    2、Change Buffer 写缓冲

    如果这个数据页不是唯一索引,不存在数据重复的情况,也就不需要从磁盘加载索引页判断数据是不是重复(唯一性检查)。
    这种情况下可以先把修改记录在内存的缓冲池中,从而提升更新语句(Insert、Delete、Update)的执行速度。
    这一块区域就是 Change Buffer。5.5 之前叫 Insert Buffer 插入缓冲,现在也能支持 delete 和 update。
    最后把 Change Buffer 记录到数据页的操作叫做 merge。
    什么时候发生 merge?
    有几种情况:在访问这个数据页的时候,或者通过后台线程、或者数据库 shut down、redo log 写满时触发。
    如果数据库大部分索引都是非唯一索引,并且业务是写多读少,不会在写数据后立刻读取,就可以使用 Change Buffer(写缓冲)。
    写多读少的业务,调大这个值:
    
    SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_change_buffer_max_size';
    

    代表 Change Buffer 占 Buffer Pool 的比例,默认 25% 。

    3.Adaptive Hash Index

    4.(redo)Log Buffer

    思考一个问题:如果 Buffer Pool 里面的脏页还没有刷入磁盘时,数据库宕机或者重启,这些数据丢失。如果写操作写到一半,
    甚至可能会破坏数据文件导致数据库不可用。为了避免这个问题,InnoDB 把所有对页面的修改操作专门写入一个日志文件,并且
    在数据库启动时从这个文件进行恢复操作(实现 crash-safe)——用它来实现事务的持久性。
    

    这个文件就是磁盘的 redo log(叫做重做日志),对应于/var/lib/mysql/目录下的ib_logfile0 和 ib_logfile1,每个 48M。
    这 种 日 志 和 磁 盘 配 合 的 整 个 过 程 , 其 实 就 是 MySQL 里 的 WAL 技 术(Write-Ahead Logging),
    它的关键点就是先写日志,再写磁盘。
    
    show variables like 'innodb_log%';
    
    含义
    innodb_log_file_size 指定每个文件的大小,默认 48M
    innodb_log_files_in_group 指定文件的数量,默认为 2
    innodb_log_group_home_dir 指定文件所在路径,相对或绝对。如果不指定,则为datadir 路径。

    QA:同样是写磁盘,为什么不直接写到 db file 里面去?为什么先写日志再写磁盘?

    先来了解一下随机 I/O 和顺序 I/O 的概念
    磁盘的最小组成单元是扇区,通常是 512 个字节。
    操作系统和内存打交道,最小的单位是页 Page。
    操作系统和磁盘打交道,读写磁盘,最小的单位是块 Block。
    

    如果我们所需要的数据是随机分散在不同页的不同扇区中,那么找到相应的数据需要等到磁臂旋转到指定的页,
    然后盘片寻找到对应的扇区,才能找到我们所需要的一块数据,一次进行此过程直到找完所有数据,这个就是随机 IO,
    读取数据速度较慢。假设我们已经找到了第一块数据,并且其他所需的数据就在这一块数据后边,那么就不需要重新寻址,
    可以依次拿到我们所需的数据,这个就叫顺序 IO。
    
    刷盘是随机 I/O,而记录日志是顺序 I/O,顺序 I/O 效率更高。因此先把修改写入日志,可以延迟刷盘时机,进而提升系统吞吐。
    当然 redo log 也不是每一次都直接写入磁盘,在 Buffer Pool 里面有一块内存区域(Log Buffer)专门用来保存即将要写入
    日志文件的数据,默认 16M,它一样可以节省磁盘 IO。
    

    SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_log_buffer_size';
    
    需要注意:redo log 的内容主要是用于崩溃恢复。磁盘的数据文件,数据来自 buffer pool。redo log 写入磁盘,不是写入数据文件。
    

    QA:那么,Log Buffer 什么时候写入 log file?

    在我们写入数据到磁盘的时候,操作系统本身是有缓存的。flush 就是把操作系统缓冲区写入到磁盘。
    log buffer 写入磁盘的时机,由一个参数控制,默认是 1。
    
    SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_flush_log_at_trx_commit';
    -- 官网 https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-parameters.html#sysvar_innodb_flush_log_at_trx_commit
    
    含义
    0 (延迟写)log buffer 将每秒一次地写入 log file 中,并且 log file 的 flush 操作同时进行。该模式下,在事务提交的时候,不会主动触发写入磁盘的操作。
    1 (默认,实时写,实时刷)每次事务提交时 MySQL 都会把 log buffer 的数据写入 log file,并且刷到磁盘中去。
    2 (实时写,延迟刷)每次事务提交时 MySQL 都会把 log buffer 的数据写入 log file。但是 flush 操作并不会同时进行。该模式下,MySQL 会每秒执行一次 flush 操作。

    QA:redo log,它又分成内存和磁盘两部分。redo log 有什么特点?

    1、redo log 是 InnoDB 存储引擎实现的,并不是所有存储引擎都有。
    2、不是记录数据页更新之后的状态,而是记录这个页做了什么改动,属于物理日志。
    3、redo log 的大小是固定的,前面的内容会被覆盖。
    

    check point 是当前要覆盖的位置。如果 write pos 跟 check point 重叠,说明 redo log 已经写满,这时候需要同步 redo log 到磁盘中。
    这是 MySQL 的内存结构,总结一下,分为:
    Buffer pool、change buffer、Adaptive Hash Index、 log buffer。
    磁盘结构里面主要是各种各样的表空间,叫做 Table space。
    

    2.磁盘结构

    表空间可以看做是 InnoDB 存储引擎逻辑结构的最高层,所有的数据都存放在表空间中。InnoDB 的表空间分为 5 大类。
    

    系统表空间(system)

    在默认情况下 InnoDB 存储引擎有一个共享表空间(对应文件/var/lib/mysql/ibdata1),也叫系统表空间。
    InnoDB 系统表空间包含 InnoDB 数据字典和双写缓冲区,Change Buffer 和 UndoLogs),如果没有指定 file-per-table,也包含用户创建的表和索引数据。
    1、undo 在后面介绍,因为有独立的表空间。
    2、数据字典:由内部系统表组成,存储表和索引的元数据(定义信息)。
    3、双写缓冲(InnoDB 的一大特性):
    InnoDB 的页和操作系统的页大小不一致,InnoDB 页大小一般为 16K,操作系统页大小为 4K,InnoDB 的页写入到磁盘时,一个页需要分 4 次写。
    

    如果存储引擎正在写入页的数据到磁盘时发生了宕机,可能出现页只写了一部分的情况,比如只写了 4K,就宕机了,这种情况叫做部分写失效(partial page write),
    可能会导致数据丢失。
    
    show variables like 'innodb_doublewrite';
    
    我们不是有 redo log 吗?但是有个问题,如果这个页本身已经损坏了,用它来做崩溃恢复是没有意义的。所以在对于应用 redo log 之前,
    需要一个页的副本。如果出现了写入失效,就用页的副本来还原这个页,然后再应用 redo log。这个页的副本就是 double write,InnoDB 的双写技术。
    通过它实现了数据页的可靠性。跟 redo log 一样,double write 由两部分组成,一部分是内存的 double write,一个部分是磁盘上的 double write。
    因为 double write 是顺序写入的,不会带来很大的开销。
    在默认情况下,所有的表共享一个系统表空间,这个文件会越来越大,而且它的空间不会收缩。
    

    独占间表空间 file-per-table tablespaces

    我们可以让每张表独占一个表空间。这个开关通过 innodb_file_per_table 设置,默认开启。
    
    SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_file_per_table';
    
    开启后,则每张表会开辟一个表空间,这个文件就是数据目录下的 ibd 文件(例如/var/lib/mysql/gupao/user_innodb.ibd),存放表的索引和数据。
    但是其他类的数据,如回滚(undo)信息,插入缓冲索引页、系统事务信息,二次写缓冲(Double write buffer)等还是存放在原来的共享表空间内。
    

    通用表空间 general tablespaces

    通用表空间也是一种共享的表空间,跟 ibdata1 类似。
    可以创建一个通用的表空间,用来存储不同数据库的表,数据路径和文件可以自定义。语法:
    
    create tablespace ts2673 add datafile '/var/lib/mysql/ts2673.ibd' file_block_size=16K engine=innodb;
    

    在创建表的时候可以指定表空间,用 ALTER 修改表空间可以转移表空间。

    create table t2673(id integer) tablespace ts2673;
    

    不同表空间的数据是可以移动的。删除表空间需要先删除里面的所有表:

    drop table t2673;
    drop tablespace ts2673;
    

    临时表空间 temporary tablespaces

    存储临时表的数据,包括用户创建的临时表,和磁盘的内部临时表。对应数据目录下的 ibtmp1 文件。当数据服务器正常关闭时,该表空间被删除,下次重新产生。
    

    undo log

    https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-undo-tablespaces.html
    https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-undo-logs.html
    
    undo log(撤销日志或回滚日志)记录了事务发生之前的数据状态(不包括 select)。如果修改数据时出现异常,可以用 undo log 来实现回滚
    操作(保持原子性)。在执行 undo 的时候,仅仅是将数据从逻辑上恢复至事务之前的状态,而不是从物理页面上操作实现的,属于逻辑格式的日志。
    redo Log 和 undo Log 与事务密切相关,统称为事务日志。undo Log 的数据默认在系统表空间 ibdata1 文件中,因为共享表空间不会自动收缩,
    也可以单独创建一个 undo 表空间。
    
    show global variables like '%undo%';
    

    简单的实践:一个更新操作的流程

    name 原值是 Tom。
    
    update user set name = 'Jack' where id=1;
    -----
    
    流程:
    1、事务开始,从内存或磁盘取到这条数据,返回给 Server 的执行器;
    2、执行器修改这一行数据的值为 Jack;
    3、记录 name=Tom 到 undo log;
    4、记录 name=Jack 到 redo log;
    5、调用存储引擎接口,在内存(Buffer Pool)中修改 name=Jack;
    6、事务提交。
    

    3.Bin log

    https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/binary-log.html

    binlog 以事件的形式记录了所有的 DDL 和 DML 语句(因为它记录的是操作而不是数据值,属于逻辑日志),可以用来做主从复制和数据恢复。
    跟 redo log 不一样,它的文件内容是可以追加的,没有固定大小限制。在开启了 binlog 功能的情况下,我们可以把 binlog 导出成 SQL 语句,
    把所有的操作重放一遍,来实现数据的恢复。binlog 的另一个功能就是用来实现主从复制,它的原理就是从服务器读取主服务器的 binlog,然后执行一遍。
    

    一条更新语句执行流程图:

    1、先查询到这条数据,如果有缓存,也会用到缓存。
    2、把 name 改成盆鱼宴,然后调用引擎的 API 接口,写入这一行数据到内存,同时记录 redo log。这时 redo log 进入 prepare 状态,然后告诉执行器,
    执行完成了,可以随时提交。
    3、执行器收到通知后记录binlog,然后调用存储引擎接口,设置redo log为commit状态。
    4、更新完成。
    

    重点:

    1、先记录到内存,再写日志文件。
    2、记录 redo log 分为两个阶段。
    3、存储引擎和 Server 记录不同的日志。
    3、先记录 redo,再记录 binlog。
    
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