Mysql高级——存储引擎

存储引擎

在这里插入图片描述

1). 连接层
最上层是一些客户端和链接服务，包含本地sock 通信和大多数基于客户端/服务端工具实现的类似于
TCP/IP的通信。主要完成一些类似于连接处理、授权认证、及相关的安全方案。在该层上引入了线程
池的概念，为通过认证安全接入的客户端提供线程。同样在该层上可以实现基于SSL的安全链接。服务
器也会为安全接入的每个客户端验证它所具有的操作权限。
2). 服务层
第二层架构主要完成大多数的核心服务功能，如SQL接口，并完成缓存的查询，SQL的分析和优化，部
分内置函数的执行。所有跨存储引擎的功能也在这一层实现，如 过程、函数等。在该层，服务器会解
析查询并创建相应的内部解析树，并对其完成相应的优化如确定表的查询的顺序，是否利用索引等，
最后生成相应的执行操作。如果是select语句，服务器还会查询内部的缓存，如果缓存空间足够大，
这样在解决大量读操作的环境中能够很好的提升系统的性能。
3). 引擎层
存储引擎层， 存储引擎真正的负责了MySQL中数据的存储和提取，服务器通过API和存储引擎进行通
信。不同的存储引擎具有不同的功能，这样我们可以根据自己的需要，来选取合适的存储引擎。数据库
中的索引是在存储引擎层实现的。
4). 存储层
数据存储层， 主要是将数据(如: redolog、undolog、数据、索引、二进制日志、错误日志、查询
日志、慢查询日志等)存储在文件系统之上，并完成与存储引擎的交互。
和其他数据库相比，MySQL有点与众不同，它的架构可以在多种不同场景中应用并发挥良好作用。主要
体现在存储引擎上，插件式的存储引擎架构，将查询处理和其他的系统任务以及数据的存储提取分离。
这种架构可以根据业务的需求和实际需要选择合适的存储引擎。

1.查看存储引擎

mysql> show engines \G;
*************************** 1. row ***************************Engine: InnoDBSupport: DEFAULTComment: Supports transactions, row-level locking, and foreign keys
Transactions: YESXA: YESSavepoints: YES
*************************** 2. row ***************************Engine: MRG_MYISAMSupport: YESComment: Collection of identical MyISAM tables
Transactions: NOXA: NOSavepoints: NO
*************************** 3. row ***************************Engine: MEMORYSupport: YESComment: Hash based, stored in memory, useful for temporary tables
Transactions: NOXA: NOSavepoints: NO
*************************** 4. row ***************************Engine: BLACKHOLESupport: YESComment: /dev/null storage engine (anything you write to it disappears)
Transactions: NOXA: NOSavepoints: NO
*************************** 5. row ***************************Engine: MyISAMSupport: YESComment: MyISAM storage engine
Transactions: NOXA: NOSavepoints: NO
*************************** 6. row ***************************Engine: CSVSupport: YESComment: CSV storage engine
Transactions: NOXA: NOSavepoints: NO
*************************** 7. row ***************************Engine: ARCHIVESupport: YESComment: Archive storage engine
Transactions: NOXA: NOSavepoints: NO
*************************** 8. row ***************************Engine: PERFORMANCE_SCHEMASupport: YESComment: Performance Schema
Transactions: NOXA: NOSavepoints: NO
*************************** 9. row ***************************Engine: FEDERATEDSupport: NOComment: Federated MySQL storage engine
Transactions: NULLXA: NULLSavepoints: NULL
9 rows in set (0.61 sec)ERROR: 
No query specified

2. 设置系统默认的存储引擎

show variables like '%storage_engine%';
#或
SELECT @@default_storage_engine;mysql> SELECT @@default_storage_engine;
+--------------------------+
| @@default_storage_engine |
+--------------------------+
| InnoDB                   |
+--------------------------+
1 row in set (0.04 sec)

修改默认的存储引擎

如果在创建表的语句中没有显式指定表的存储引擎的话，那就会默认使用InnoDB 作为表的存储引擎。
如果我们想改变表的默认存储引擎的话，可以这样写启动服务器的命令行：

SET DEFAULT_STORAGE_ENGINE=MyISAM;

或者修改my.cnf 文件：

default-storage-engine=MyISAM
# 重启服务
systemctl restart mysqld.service

3. 设置表的存储引擎

存储引擎是负责对表中的数据进行提取和写入工作的，我们可以为不同的表设置不同的存储引擎，也就是说不同的表可以有不同的物理存储结构，不同的提取和写入方式。

3.1 创建表时指定存储引擎

CREATE TABLE 表名(
建表语句;
) ENGINE = 存储引擎名称;

3.2 修改表的存储引擎

ALTER TABLE 表名 ENGINE = 存储引擎名称;

4. 存储引擎特点

4.1 InnoDB 引擎：具备外键支持功能的事务存储引擎

  • MySQL从3.23.34a开始就包含InnoDB存储引擎。大于等于5.5之后，默认采用InnoDB引擎。

  • InnoDB是MySQL的默认事务型引擎，它被设计用来处理大量的短期(short-lived)事务。可以确保事务的完整提交(Commit)和回滚(Rollback)。

  • 除了增加和查询外，还需要更新、删除操作，那么，应优先选择InnoDB存储引擎。

  • 除非有非常特别的原因需要使用其他的存储引擎，否则应该优先考虑InnoDB引擎。

  • 数据文件结构：

    • 表名.frm 存储表结构（MySQL8.0时，合并在表名.ibd中）

    • 表名.ibd 存储数据和索引

  • InnoDB是为处理巨大数据量的最大性能设计。

    • 在以前的版本中，字典数据以元数据文件、非事务表等来存储。现在这些元数据文件被删除了。比如： .frm ， .par ， .trn ， .isl ， .db.opt 等都在MySQL8.0中不存在了。

  • 对比MyISAM的存储引擎， InnoDB写的处理效率差一些，并且会占用更多的磁盘空间以保存数据和索引。

  • MyISAM只缓存索引，不缓存真实数据；InnoDB不仅缓存索引还要缓存真实数据， 对内存要求较高，而且内存大小对性能有决定性的影响。

  • DML操作遵循ACID模型，支持事务；

  • 行级锁，提高并发访问性能；

  • 支持外键FOREIGN KEY约束，保证数据的完整性和正确性；

xxx.ibd：xxx代表的是表名，innoDB引擎的每张表都会对应这样一个表空间文件，存储该表的表结构（frm-早期的 、sdi-新版的）、数据和索引。

参数：innodb_file_per_table

逻辑存储结构

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  • 表空间 : InnoDB存储引擎逻辑结构的最高层，ibd文件其实就是表空间文件，在表空间中可以包含多个Segment段。
  • 段 : 表空间是由各个段组成的， 常见的段有数据段、索引段、回滚段等。InnoDB中对于段的管理，都是引擎自身完成，不需要人为对其控制，一个段中包含多个区。
  • 区 : 区是表空间的单元结构，每个区的大小为1M。 默认情况下， InnoDB存储引擎页大小为16K， 即一个区中一共有64个连续的页。
  • 页 : 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。
  • 行 : InnoDB 存储引擎是面向行的，也就是说数据是按行进行存放的，

4.2 MyISAM 引擎：主要的非事务处理存储引擎

  • MyISAM提供了大量的特性，包括全文索引、压缩、空间函数(GIS)等，但MyISAM 不支持事务、行级
    锁、外键，有一个毫无疑问的缺陷就是崩溃后无法安全恢复。

  • 优势是访问的速度快，对事务完整性没有要求或者以SELECT、INSERT为主的应用

  • 针对数据统计有额外的常数存储。故而 count(*) 的查询效率很高

  • 数据文件结构：

    • 表名.frm 存储表结构
    • 表名.MYD 存储数据 (MYData)
    • 表名.MYI 存储索引 (MYIndex)

4.3 Memory 引擎：置于内存的表

Memory采用的逻辑介质是内存， 响应速度很快，但是当mysqld守护进程崩溃的时候数据会丢失。另
外，要求存储的数据是数据长度不变的格式，比如，Blob和Text类型的数据不可用(长度不固定的)。

主要特征：

  • Memory同时支持哈希（HASH）索引和B+树索引。
  • Memory表至少比MyISAM表要快一个数量级。
  • MEMORY 表的大小是受到限制的。表的大小主要取决于两个参数，分别是max_rows 和
    max_heap_table_size 。其中，max_rows可以在创建表时指定；max_heap_table_size的大小默
    认为16MB，可以按需要进行扩大。
  • 数据文件与索引文件分开存储。
  • 缺点：其数据易丢失，生命周期短。基于这个缺陷，选择MEMORY存储引擎时需要特别小心。

使用Memory存储引擎的场景：

  1. 目标数据比较小，而且非常频繁的进行访问，在内存中存放数据，如果太大的数据会造成内存溢出。可以通过参数max_heap_table_size 控制Memory表的大小，限制Memory表的最大的大小。

  2. 如果数据是临时的，而且必须立即可用得到，那么就可以放在内存中。

  3. 存储在Memory表中的数据如果突然间丢失的话也没有太大的关系。

1、InnoDB表的优势

InnoDB存储引擎在实际应用中拥有诸多优势，比如操作便利、提高了数据库的性能、维护成本低等。如
果由于硬件或软件的原因导致服务器崩溃，那么在重启服务器之后不需要进行额外的操作。InnoDB崩溃
恢复功能自动将之前提交的内容定型，然后撤销没有提交的进程，重启之后继续从崩溃点开始执行。
InnoDB存储引擎在主内存中维护缓冲池，高频率使用的数据将在内存中直接被处理。这种缓存方式应用
于多种信息，加速了处理进程。
在专用服务器上，物理内存中高达80%的部分被应用于缓冲池。如果需要将数据插入不同的表中，可以
设置外键加强数据的完整性。更新或者删除数据，关联数据将会被自动更新或删除。如果试图将数据插
入从表，但在主表中没有对应的数据，插入的数据将被自动移除。如果磁盘或内存中的数据出现崩溃，
在使用脏数据之前，校验和机制会发出警告。当每个表的主键都设置合理时，与这些列有关的操作会被
自动优化。插入、更新和删除操作通过做改变缓冲自动机制进行优化。InnoDB不仅支持当前读写，也会
缓冲改变的数据到数据流磁盘。
InnoDB的性能优势不只存在于长时运行查询的大型表。在同一列多次被查询时，自适应哈希索引会提高
查询的速度。使用InnoDB可以压缩表和相关的索引，可以在不影响性能和可用性的情况下创建或删除索
引。对于大型文本和BLOB数据，使用动态行形式，这种存储布局更高效。通过查询
INFORMATION_SCHEMA库中的表可以监控存储引擎的内部工作。在同一个语句中，InnoDB表可以与其他
存储引擎表混用。即使有些操作系统限制文件大小为2GB，InnoDB仍然可以处理。当处理大数据量时，
InnoDB兼顾CPU，以达到最大性能。

2、InnoDB和ACID模型

ACID模型是一系列数据库设计规则，这些规则着重强调可靠性，而可靠性对于商业数据和任务关键型应
用非常重要。MySQL包含类似InnoDB存储引擎的组件，与ACID模型紧密相连，这样出现意外时，数据不
会崩溃，结果不会失真。如果依赖ACID模型，可以不使用一致性检查和崩溃恢复机制。如果拥有额外的
软件保护，极可靠的硬件或者应用可以容忍一小部分的数据丢失和不一致，可以将MySQL设置调整为只
依赖部分ACID特性，以达到更高的性能。下面讲解InnoDB存储引擎与ACID模型相同作用的四个方面。

  1. 原子方面 ACID的原子方面主要涉及InnoDB事务，与MySQL相关的特性主要包括：
    自动提交设置。
    COMMIT语句。
    ROLLBACK语句。
    操作INFORMATION_SCHEMA库中的表数据。

  2. 一致性方面 ACID模型的一致性主要涉及保护数据不崩溃的内部InnoDB处理过程，与MySQL相关的特性
    主要包括：
    InnoDB双写缓存。
    InnoDB崩溃恢复。

  3. 隔离方面 隔离是应用于事务的级别，与MySQL相关的特性主要包括：
    自动提交设置。
    SET ISOLATION LEVEL语句。
    InnoDB锁的低级别信息。

  4. 耐久性方面 ACID模型的耐久性主要涉及与硬件配置相互影响的MySQL软件特性。由于硬件复杂多样
    化，耐久性方面没有具体的规则可循。与MySQL相关的特性有：
    InnoDB双写缓存，通过innodb_doublewrite配置项配置。
    配置项innodb_flush_log_at_trx_commit。
    配置项sync_binlog。
    配置项innodb_file_per_table。
    存储设备的写入缓存。
    存储设备的备用电池缓存。
    运行MySQL的操作系统。
    持续的电力供应。
    备份策略。
    对分布式或托管的应用，最主要的在于硬件设备的地点以及网络情况。

3、InnoDB架构

  1. 缓冲池 缓冲池是主内存中的一部分空间，用来缓存已使用的表和索引数据。缓冲池使得经常被使用的
    数据能够直接在内存中获得，从而提高速度。

  2. 更改缓存 更改缓存是一个特殊的数据结构，当受影响的索引页不在缓存中时，更改缓存会缓存辅助索
    引页的更改。索引页被其他读取操作时会加载到缓存池，缓存的更改内容就会被合并。不同于集群索
    引，辅助索引并非独一无二的。当系统大部分闲置时，清除操作会定期运行，将更新的索引页刷入磁
    盘。更新缓存合并期间，可能会大大降低查询的性能。在内存中，更新缓存占用一部分InnoDB缓冲池。
    在磁盘中，更新缓存是系统表空间的一部分。更新缓存的数据类型由innodb_change_buffering配置项管
    理。

  3. 自适应哈希索引 自适应哈希索引将负载和足够的内存结合起来，使得InnoDB像内存数据库一样运行，
    不需要降低事务上的性能或可靠性。这个特性通过innodb_adaptive_hash_index选项配置，或者通过–
    skip-innodb_adaptive_hash_index命令行在服务启动时关闭。

  4. 重做日志缓存 重做日志缓存存放要放入重做日志的数据。重做日志缓存大小通过
    innodb_log_buffer_size配置项配置。重做日志缓存会定期地将日志文件刷入磁盘。大型的重做日志缓存
    使得大型事务能够正常运行而不需要写入磁盘。

  5. 系统表空间 系统表空间包括InnoDB数据字典、双写缓存、更新缓存和撤销日志，同时也包括表和索引
    数据。多表共享，系统表空间被视为共享表空间。

  6. 双写缓存 双写缓存位于系统表空间中，用于写入从缓存池刷新的数据页。只有在刷新并写入双写缓存
    后，InnoDB才会将数据页写入合适的位置。

  7. 撤销日志 撤销日志是一系列与事务相关的撤销记录的集合，包含如何撤销事务最近的更改。如果其他
    事务要查询原始数据，可以从撤销日志记录中追溯未更改的数据。撤销日志存在于撤销日志片段中，这
    些片段包含于回滚片段中。

  8. 每个表一个文件的表空间 每个表一个文件的表空间是指每个单独的表空间创建在自身的数据文件中，
    而不是系统表空间中。这个功能通过innodb_file_per_table配置项开启。每个表空间由一个单独的.ibd数
    据文件代表，该文件默认被创建在数据库目录中。

  9. 通用表空间 使用CREATE TABLESPACE语法创建共享的InnoDB表空间。通用表空间可以创建在MySQL数
    据目录之外能够管理多个表并支持所有行格式的表。

  10. 撤销表空间 撤销表空间由一个或多个包含撤销日志的文件组成。撤销表空间的数量由
    innodb_undo_tablespaces配置项配置。

  11. 临时表空间 用户创建的临时表空间和基于磁盘的内部临时表都创建于临时表空间。
    innodb_temp_data_file_path配置项定义了相关的路径、名称、大小和属性。如果该值为空，默认会在
    innodb_data_home_dir变量指定的目录下创建一个自动扩展的数据文件。

  12. 重做日志 重做日志是基于磁盘的数据结构，在崩溃恢复期间使用，用来纠正数据。正常操作期间，
    重做日志会将请求数据进行编码，这些请求会改变InnoDB表数据。遇到意外崩溃后，未完成的更改会自
    动在初始化期间重新进行。

4、存储引擎选择

在选择存储引擎时，应该根据应用系统的特点选择合适的存储引擎。对于复杂的应用系统，还可以根据
实际情况选择多种存储引擎进行组合。

  • InnoDB: 是Mysql的默认存储引擎，支持事务、外键。如果应用对事务的完整性有比较高的要求，在并发条件下要求数据的一致性，数据操作除了插入和查询之外，还包含很多的更新、删除操作，那么InnoDB存储引擎是比较合适的选择。
  • MyISAM ： 如果应用是以读操作和插入操作为主，只有很少的更新和删除操作，并且对事务的完整性、并发性要求不是很高，那么选择这个存储引擎是非常合适的。
  • MEMORY：将所有数据保存在内存中，访问速度快，通常用于临时表及缓存。MEMORY的缺陷就是对表的大小有限制，太大的表无法缓存在内存中，而且无法保障数据的安全性。

在这里插入图片描述

面试题:
InnoDB引擎与MyISAM引擎的区别 ?
①. InnoDB引擎, 支持事务, 而MyISAM不支持。
②. InnoDB引擎, 支持行锁和表锁, 而MyISAM仅支持表锁, 不支持行锁。
③. InnoDB引擎, 支持外键, 而MyISAM是不支持的。
主要是上述三点区别，当然也可以从索引结构、存储限制等方面，更加深入的回答，具体参
考如下官方文档：
https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-introduction.html
https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/myisam-storage-engine.html

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