一张图让你看懂 InnoDB

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熟悉 MySQL 的人,都知道 InnoDB 存储引擎,如大家所知,Redo Log 是 innodb 的核心事务日志之一,innodb 写入 Redo Log 后就会提交事务,而非写入到 Datafile。之后 innodb 再异步地将新事务的数据异步地写入 Datafile,真正存储起来。

那么 innodb 引擎有了 redo log 和 buffer pool 以后,为什么能够在提升性能的同时,还能保证不丢数据呢? Buffer Pool, Redo Log 以及 Datafile 之间的具体关系是什么呢。

另外 Innodb 还有一大堆概念,Dirty Page, LRU, LSN,Checkpoint 等等,这些概念在 Innodb 里是什么运作的呢?

下面通过一张图来告诉大家

Buffer Pool, Redo Log 以及 Datafile 的关系

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图 1 Innodb 的原理

大家可以把 innodb 的事务写入过程看成写作一篇文章的过程。Innodb 的写入过程其实和我们写作的过程是非常类似的。

试想,领导让我们写一篇文章,发表在论坛上。然后我们想到了一个绝佳的点子,并决定要放到文章里,可是手上还有其他事情,一时半会儿写不完,又担心过后忘了,领导还等着我们答复,此时我们会怎么做呢?我们一定会先大概构思个提纲,并把提纲和一些关键细节记录到本子上,作为草稿,然后立刻告诉领导自己要写什么东西,让其确认。最后等晚上有时间了,再根据草稿去斟词酌句,编写正稿。

在这个过程中,我们用到的几个关键的东西:

我们的大脑,用来临时暂时记住我们的点子

草稿,我们需要草稿来保证不会把点子和关键的细节给忘了

正稿,这是我们最终要输出的东西

有了这几个东西,我们不仅能确保我们不会错过一篇漂亮的文章,还能快速告诉领导自己一定可以搞定这件事情。

Innodb 实际上也用到了这几个关键的东西:

Buffer Pool:就是我们的大脑

事务日志:就是我们的草稿

Datafile:就是我们的正稿

只要按照之前写文章的过程,来进行整个事务的写入操作,不仅能保证不丢失数据,而且能够快速响应。

一次写入操作是一次事务,innodb 首先把事务数据写入到 Buffer Pool 和事务日志中,也就是在大脑中记忆下来,并写下草稿。然后就可以提交事务,响应客户端了。之后 innodb 在 “有时间的时候”,异步地把这次写入的数据从 Buffer Pool,或者事务日志中正式地写入到 Datafile 中,形成 “正稿”。

其中,innodb 为了保证事务日志这个 “草稿” 一定能无损地还原成正稿,还不能占用太多空间,事务日志需要有以下特点:

事务日志中一定保存了要写入的所有数据内容

事务日志只会把新事务追加在日志最后,而不会去修改之前的内容

一旦事务数据被写到 datafile,事务日志中的 “草稿” 就可以删除了

通过上面 3 个特点我们可以看出,在形成 “正稿” 之前,“草稿” 是不会被删除的;同时,“草稿” 的空间是可以被循环利用的;最后,只要 “草稿” 在,我们一定能写出 “正稿”。

这里还需要说明的,是 Recovery 流程。也就是如果在形成 “正稿” 前,数据库 Crash 了,我们需要重启整个进程,服务器,甚至只能把数据复制到另外一台服务器来进行恢复。这个时候,事务日志这个 “草稿” 就发挥了它最大的作用——数据恢复。这也和我们在工作生活中常出现的问题——把事情忘了——非常类似。

Buffer Pool 本质就是存储于内存中的一个数据结构,内存和人的大脑一样,是 “健忘” 的。数据库 Crash 时,Buffer Pool中的数据极大可能 “灰飞烟灭” 了。因此,事务日志就如我们贴心的 “记事本”,它把我们的记忆,保存为 “草稿”,当我们忘了的时候,就可以翻开,把记忆重新回想起来。

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图 2 恢复的逻辑

LSN 和 Checkpoint

上面介绍了一次写入事务的情况,而数据库在使用过程中,事务都是连续不断,根据上面所述 innodb 逻辑,写 “草稿” 和写 “正稿” 速度和进度绝大部分情况下是不一样的。

再继续上面 “写作文章” 例子,如果我们的文章很长,一天写不完,而白天都有其他工作,我们只能记录草稿,只有晚上回去才能继续写正稿。那么我们就面临一个问题:我们昨天写到哪了。

最常见的办法就是,每天晚上去对照一下草稿的内容和正稿的内容,以此来判断写到哪了,但这比较花时间,因为正稿中可能包含了很多华丽的语句,我们需要思考一下才能对比上内容。

另外一个更简单的办法,就是每天晚上写完正稿后,我们在草稿上做个标记,标记下最后一条被写为正稿的内容,这样第二天晚上,我们就可以从这个标记的后面一条开始,继续写我们的正稿,而不需要去对比内容。

显然第二个方法效率更高,而且没有什么额外的风险。因此 innodb 就使用了这个办法。LSN 是草稿上每一条记录的编号,我们每天晚上标记下最后一条写到正稿的记录编号,这个标记的编号,就是 Checkpoint。Innodb 根据这个 checkpoint,就可以很快知道上次回放到哪里,同时也可以把这个编号之前的草稿,全部删掉了。

(全文完)

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