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MySQL InnoDB存储引擎

InnoDB 是 MySQL 中第一个提供外键约束的存储引擎,而且它对事务的处理能力是其它存储引擎无法与之相比的。

MySQL 5.5 版本以后,默认存储引擎由  MyISAM 修改为 InnoDB。InnoDB 是目前最重要、使用最广泛的存储引擎。

InnoDB 一直在持续改进,随着处理能力的不断提高,其优秀的性能和可维护性使它成为生产中普遍推荐使用的存储引擎。一般情况下,除非有特别的原因需要使用其它存储引擎,否则应该优先考虑 InnoDB 引擎。

下面从优势和物理存储结构两个方面来讲解 InnoDB 存储引擎。

InnoDB优势

InnoDB 之所以如此受宠,主要在于其功能方面的较多优势。

1)支持事务安装

InnoDB 最重要的一点就是支持事务,可以说这是 InnoDB 成为 MySQL 中最流行的存储引擎的一个非常重要的原因。InnoDB 还实现了 SQL92 标准所定义的 4 个隔离级别(READ UNCOMMITTED,READ COMMITTED,REPEATABLE READ 和 SERIALIZABLE)。

InnoDB 对事务安全的支持,让很多之前因为特殊业务而放弃使用 MySQL 的用户转向支持 MySQL。以及对数据库选型持观望态度的用户来说,也大大增加了对 MySQL 的好感。

2)灾难恢复性好

InnoDB 通过 commit、rollback、crash-recovery 来保障数据的安全。

具体来说,crash-recovery 就是指如果服务器因为硬件或软件的问题而崩溃,不管当时数据是怎样的状态,在重启 MySQL 后,InnoDB 都会自动恢复到发生崩溃之前的状态,并回到用户离开的地方。

3)使用行级锁

InnoDB 改变了 MyISAM 的锁机制,实现了行锁。虽然 InnoDB 的行锁机制是通过索引来完成的,但毕竟在数据库中 99%的 SQL 语句都要使用索引来检索数据。行锁定机制也为 InnoDB 在承受高并发压力的环境下增强了不小的竞争力。

在 SQL 查询中可以自由地将 InnoDB 类型的表与其他类型的表混合起来,甚至在同一个查询中也可以混合。

4)实现了缓冲处理

InnoDB 提供了专门的缓存池,实现了缓冲管理,不仅能缓冲索引也能缓冲数据,常用的数据可以直接从内存中处理,比从磁盘获取数据处理速度要快。相比之下,MyISAM 只是缓存了索引。

InnoDB 的表和索引在一个逻辑表空间中,表空间可以包含数个文件(或原始磁盘分区)。这与 MyISAM 表不同,比如在 MyISAM 表中每个表被保存在分离的文件中。InnoDB 表可以是任何尺寸,即使在文件尺寸被限制为 2GB 的操作系统上。

5)支持外键

InnoDB 支持外键约束,检查外键、插入、更新和删除,以确保数据的完整性。在存储表中数据时每张表的存储都按主键顺序存放,如果没有显式地在定义表时指定主键,InnoDB 会为每一行生成一个 6 字节的 ROWID ,并以此作为主键。

InnoDB 实现外键引用这一重要特性,使在数据库端控制部分数据的完整性成为可能。虽然很多数据库系统调优专家都建议不要这样做,但是对于不少用户来说,大部分情况下,在数据库端加外键控制仍然是成本最低的选择。

6)适合需要大型数据库的网站

InnoDB 被用在众多需要高性能的大型数据库网站上。

InnoDB 是为处理巨大数据量时的最大性能设计,它的 CPU 效率可能是任何其他基于磁盘的关系数据库引擎所不能匹敌的。

除了以上几个亮点之外,InnoDB 常常还有很多其它的功能特色带给使用者惊喜。当然,使用 InnoDB 存储引擎肯定也有缺点。相对于其它存储引擎来说,使用 InnoDB 存储引擎的读写效率稍差,且占用的数据空间相对较大。

物理存储

使用 InnoDB 时,MySQL 会在数据目录(Data)下创建一个名为 ibdata1 的 10MB 大小的自动扩展数据文件,以及两个名为 ib_logfile0 和 ib_logfile1 的 5MB 大小的日志文件。

InnoDB 存储引擎和 MyISAM 不太一样,虽然也有 .frm 文件来存放表结构定义相关的元数据,但是表数据和索引数据是存放在一起的。至于是每个表单独存放还是所有表存放在一起,用户可以自己设置(下面会介绍如何设置)。

InnoDB 的物理存储结构分为两大部分:

1. 数据文件(表数据和索引数据)

数据文件用来存放数据表中的数据和所有的索引数据,包括主键和其他普通索引。

InnoDB 存储的数据采用表空间(Tablepace)进行存放设计。表空间是用来存放 MySQL 系统相关信息的一个特殊共享表空间。

InnoDB 的表空间分为以下两种形式:
  1. 共享表空间,表数据和索引都存放在同一个表空间。默认的表空间文件就是上面所提到的 MySQL 初始化路径下的 ibdata1 文件。
  2. 独立表空间,每个表的数据和索引被存放在一个单独的 .ibd 文件中。

可以通过以下命令查看 MySQL 是否使用独立表空间:
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_file_per_table%';
+-----------------------+-------+
| Variable_name         | Value |
+-----------------------+-------+
| innodb_file_per_table | ON    |
+-----------------------+-------+
1 row in set, 1 warning (0.01 sec)
innodb_file_per_table 值为 ON 时表示开启独立表文件,InnoDB 表的数据和索引都会以单独的形式存放;值为 OFF 时,InnoDB 表的数据和索引都存放在一个表空间。可以通过设置该参数的值来决定是否使用独立表空间,具体设置文章后面会讲解。

1)共享表空间

共享表空间的数据文件可以设置为固定大小和可自动扩展大小两种形式。自动扩展形式的文件可以设置文件的最大大小和每次扩展量。在创建自动扩展的数据文件时,建议大家最好加上最大尺寸的属性,一个原因是文件系统本身有一定的大小限制,还有一个原因就是方便自身维护。

当表空间快要用完的时候,我们必须要为其增加数据文件,当然,只有共享表空间有此操作。

共享表空间增加数据文件的操作比较简单,只需要在 innodb_data_file_path 参数后面按照标准格式设置好文件路径和相关属性即可。

innodb_data_file_path 参数负责定义共享表空间的路径、初始化大小、自动扩展策略。可以使用以下命令查看当前共享表空间文件的路径、大小和自动化策略:
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_data_file_path%';
+-----------------------+------------------------+
| Variable_name         | Value                  |
+-----------------------+------------------------+
| innodb_data_file_path | ibdata1:12M:autoextend |
+-----------------------+------------------------+
1 row in set, 1 warning (0.01 sec)
用户可以通过 innodb_data_file_path 参数来指定表空间文件,格式如下:

innodb_data_file_path=datafile_spec1[;datafile_spec2]...

其中,datafile_spec1 格式为表空间文件路径:大小:属性,还可以指定多个文件组成一个表空间,同时指定文件的属性,例如:

[mysqld]
innodb_data_file_path=/db/ibdata1:2000M;/dr2/db/ibdata2:2000M:autoextend

这里将 /db/ibdata1 和 /dr2/db/ibdata2 两个文件用来组成表空间。若这两个文件位于不同的磁盘上,磁盘的负载可能被平均,因此可以提高数据库的整体性能。

指定多个文件时,autoextend 属性只在最后一个数据文件中指定,表示表空间自动扩展。这里表示文件 ibdata1 的大小为 2000MB,文件 ibdata2 的大小为 2000MB,如果用完了 2000MB,该文件还可以自动增长。

设置完 innodb_data_file_path 参数后,所有基于 InnoDB 存储引擎的表的数据都会记录到该共享表空间中。

不过这里需要注意的是,InnoDB 在创建新数据文件时不会创建目录,如果指定目录不存在,则会报错并无法启动。另外,InnoDB 给共享表空间增加数据文件之后,必须要重启数据库系统才能生效。

这也是大多数人一直不太喜欢使用共享表空间而选用独立表空间的原因之一。

2)独立表空间

通过设置 innodb_file_per_table 参数,可以将每个基于 InnoDB 存储引擎的表产生一个独立表空间。

独立表空间的命名规则为表名.ibd。通过这样的方式,用户不用将所有数据都存放于默认的表空间中。

使用 SET 命令打开/关闭独立表空间,命令和运行结果如下:
mysql> SET GLOBAL innodb_file_per_table=1;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_file_per_table';
+-----------------------+-------+
| Variable_name         | Value |
+-----------------------+-------+
| innodb_file_per_table | ON    |
+-----------------------+-------+
1 row in set, 1 warning (0.03 sec)

mysql> SET GLOBAL innodb_file_per_table=0;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_file_per_table';
+-----------------------+-------+
| Variable_name         | Value |
+-----------------------+-------+
| innodb_file_per_table | OFF   |
+-----------------------+-------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)
需要注意的是,单独的表空间文件只存储该表的数据、索引和缓冲等信息。所以无论是使用共享表空间还是独享表空间来存放表,共享表空间都是必须存在的。

2. 日志文件

默认情况下,InnoDB 存储引擎的数据目录下会有两个名为 ib_logfile0 和 ib_logfile1 的文件。在 MySQL 官方手册中将其称为 InnoDB 存储引擎的重做日志文件(redo log file)

重做日志文件对 InnoDB 存储引擎至关重要。InnoDB 可以通过重做日志将数据库宕机时已经完成但还没有来得及将数据写入磁盘的事务恢复,也能将所有部分完成并已经写入磁盘的未完成事务回滚,并且将数据还原,以此来保证数据的完整性。

每个 InnoDB 存储引擎至少有 1 个重做日志文件组(group),每个文件组下至少有 2 个重做日志文件,如默认的 ib_logfile0 和 ib_logfile1。

如果你的数据库中有 InnoDB 的表,那么千万别全部删除 InnoDB 的日志文件,这很可能会让你的数据库 Crash,无法启动,或者丢失数据。

数据库不工作或停止响应、进程中断等情况,在业界也叫做数据库 Crash。

在 MySQL 启动参数文件设置中,InnoDB 的所有参数基本上都带有前缀“innodb_”,不论是 InnoDB 数据还是和日志相关,或者是其他一些性能,事务等等相关的参数都是一样。

下面是影响重做日志文件的参数:
简而言之,MySQL 中所有和 InnoDB 相关的系统变量都以“innodb_”做为前缀。

拓展

在 MySQL 中,可以通过 skip-innodb 参数来屏蔽 InnoDB 存储引擎,这样即使我们在安装编译时,安装了 InnoDB 存储引擎,使用者也无法创建 InnoDB 的表。

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