一、存储引擎

1、Mysql体系结构

2、存储引擎简介

（1）介绍

• 存储引擎就是存储数据、建立索引、更新/查询数据等技术的实现方式。
• 存储引擎是基于表的，而不是基于库的，所以也被叫做表类型。

（2）语法

• 创建表时，指定存储引擎

CREATE TABLE 表名(
	字段   类型   
) ENGINE = INNODB;

• 查看当前支持的存储引擎

SHOW ENGINES;

3、存储引擎特点

（1）InnoDB

• 介绍
  InnoDB是一种兼顾高可靠性和高性能的通用存储引擎，在Mysql5.5之后，InnoDB是默认的MySQL存储引擎
• 特点
  DML操作遵循ACID模型，支持事务；
  支持外键约束，保证数据的完整性和正确性；
  行级锁，提高并发访问性能；
• 文件
  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、数据和索引。
  参数：innodb_file_per_table
  

（2）MyISAM

• 介绍
  MyISAM是MySQL早期的默认存储引擎。
• 特点
  不支持事务，不支持外键
  支持表锁，不支持行锁
  访问速度快
• 文件
  xxx.sdi ： 存储表结构信息
  xxx.MYD ： 存储数据
  xxx.MYI ： 存储索引

（3）Memory

• 介绍
  Memory引擎的表数据存储在内存中，由于受到硬件问题、或断电问题影响，只能将这些表作为临时表或缓存使用。
• 特点
  内存存放
  hash索引
• 文件
  xxx.sdi ： 存储表结构信息

（4）比较

4、存储引擎选择

5、总结

二、索引

1、索引概述

（1）介绍

索引（index）是帮助MySQL高效获取数据的数据结构（有序）。在数据之外，数据库系统还维护着满足特定查找算法的数据结构，这些数据结构以某种方式指向数据，这样就可以在这些数据结构上试下高级查找算法，这种数据结构就是索引。

（2）演示

（3）优缺点

2、索引结构

Mysql的索引是在存储引擎层实现的，不同的存储引擎有不同的结构：

我们平时说的索引，如果没有特别指明，都是B+树结构组织的索引。

（1）二叉树

二叉树缺点：顺序插入时，会形成一个链表，查询性能大大降低。大数据量情况下，层级较深，检索速度慢。
红黑树：大数据量情况下，层级较深，检索速度慢。

（2）B-Tree（多路平衡查找树）

数据结构动态图地址

（3）B+Tree

（4）hash

hash索引特点

• Hash索引只能用于对等比较（=，in），不支持范围查询（between，>，<）
• 无法利用索引完成排序操作
• 查询效率高，通常只需要一次检索就可以，效率通常高于B+tree索引

存储引擎支持

在MySQL中，支持hash索引的是Memory索引，而InnoDB中具有自适应hash功能，hash索引是存储引擎根据B+Tree索引在指定条件下自动构建的。

（5）为什么InnoDB存储引擎选择使用B+Tree索引结构？

• 相对于二叉树，层级更少，搜索效率高；
• 相对于B-Tree，无论是叶子节点还是非叶子节点，都会保存数据，这样导致一页中存储的键值减少，指针跟着减少，要同样保存大类数据，只能增加树的高度，导致性能降低；
• 相对hash索引，B+tree支持范围匹配及排序操作。

3、索引分类

（1）分类

（2）在InnoDB存储引擎中，根据索引的存储形式，又可以分为两种：

聚集索引的选区规则

• 如果存在主键，主键索引就是聚集索引。
• 如果不存在主键，将使用第一个唯一索引作为聚集索引。
• 如果表没有主键，或没有合适的唯一索引，InnoDB则会自动生成一个rowid作为隐藏的聚集索引。

4、索引语法

5、SQL性能分析

6、索引使用

7、索引设计原则

三、SQL优化

1、插入数据

（1）批量插入

（2）手动提交事务

（3）主键顺序插入

（4）大批量插入数据

2、主键优化

3、order by 优化

4、group by 优化

5、limit优化

6、count优化

7、update优化

四、视图/存储过程/触发器

略

五、锁

1、概述

（1）介绍

锁是计算机协调多个进程或线程并发访问某一资源的机制。

（2）分类

按照锁的粒度分：

• 全局锁：锁定数据库中的所有表。
• 表级锁：每次操作锁住整张表。
• 行级锁：每次操作锁住对应的行数据。

2、全局锁

（1）介绍

全局锁就是对整个数据库实例加锁，加锁后整个实例就处于只读状态，后续的写语句和提交语句都将被阻塞。
典型的使用场景是做全库的逻辑备份，对所有的表进行锁定，保证数据完整性。

## 加锁
flush tables with read lock;
## 备份
mysqldump -uroot -p1234 itcast > itcast.sql;
## 解锁
unlock tables;

（2）特点

加全局锁是一个比较重的操作，存在以下问题：

1. 如果主库备份，在备份期间都不能执行更新，业务基本停摆。
2. 如果从库备份，在备份期间从库不能执行主库同步的二进制日志，会导致主从延迟。

mysqldump --single-transaction -uroot -p1234 itcast > itcast.sql;

3、表级锁

（1）介绍

每次操作锁住整张表。锁定粒度大，发生冲突的概率最高，并发度最低。

分为三类：

• 表锁
• 元数据所（MDL）
• 意向锁

（2）表锁

表锁分为两类：

• 表共享读锁（read lock）：不会阻塞其他客户端的读，但是会阻塞写，本身写操作报错。
• 表独占写锁（write lock）：本身可读可写，其他客户端的读写都阻塞。

## 加锁
lock tables 表名... read/write
## 释放锁
unlock tables 

（3）元数据锁（MDL）

MDL加锁过程是系统自动控制，无需显示使用，在访问表时会自动加上。
当对表进行增删改查（DML）时，加MDL读锁；当对表结构进行变更操作（DDL）时，加MDL写锁。MDL主要作用是为了避免DML和DDL冲突，保证读写的正确性。（当进行增删改查时，不能修改表结构）。

查看元数据锁：

select object_type,object_schema,object_name,lock_type,lock_duration from performance_schema.metadata_locks;

（4）意向锁

为了避免DML在执行时，加的行锁与表锁的冲突，在InnoDB引入了意向锁，使得表锁不用检查每行数据是否加锁。

查看意向锁：

select object_schema,object_name,index_name,lock_type,lock_mode,lock_data from performance_schema.data_locks;

4、行级锁

六、InnoDB引擎

1、逻辑存储结构

• 表空间（ibd文件）：一个mysql实例可以对应多个表空间，用于存储记录、索引等数据。
• 段：分为数据段（Leaf node segment）、索引段（Non-leaf node segment）、回滚段（Rollback segment）,InnoDB是索引组织表，数据段就是B+树的叶子节点，索引段即为B+树的非叶子节点。
• 区：表空间的单元结构，每个区的大小为1M。页大小默认为16k，即一个区中有64个连续的页。
• 页：InnoDB存储引擎磁盘管理的最小单元，默认大小16k。为了保证页的连续性，InnoDB每次从磁盘中申请4~5个区。
• 行：数据是按行进行存放的。

2、架构

Mysql5.5版本开始，默认使用InnoDB存储引擎，它擅长事务处理，具有崩溃恢复特性。
InnoDB架构图：左侧是内存结构，右侧是磁盘结构。

（1）内存结构 (Memory Structures)

① Buffer Pool 缓冲池

缓冲池是内存中的一个区域，可以缓存磁盘上经常操作的真实数据，在执行增删改查操作时，先操作缓冲池中的数据（若缓冲池没有数据，则从磁盘加载并缓存），然后再以一定频率刷新到磁盘，从而减少磁盘IO，加快处理速度。

缓冲池以Page页为单位，底层采用链表数据结构管理Page。根据状态，page分为三种类型：

• free page：空闲page，未被使用。
• clean page：被使用page，数据没有被修改过。
• dirty page：脏页，被使用page，数据被修改过，与磁盘的数据不一致。

② 更改缓冲区（Change Buffer）

更改缓冲区，主要针对非唯一二级索引，在执行DML语句时，如果这些数据Page没有在Buffer Pool中，不会直接操作磁盘，而会将数据变更存在Chagne Buffer中，在未来数据被读取时，再将数据合并恢复到Buffer pool中，再将合并后的数据刷新到磁盘中。

Chagne Buffer意义是什么？
与聚集索引不同，二级索引通常是非唯一的，并且以相对随机的顺序插入二级索引。同样，删除和更新可能会影响索引树中不相邻的二级索引页，如果每一次都操作磁盘，会造成大量的磁盘IO。有了Change Buffer之后，我们可以在缓冲池中进行合并处理，减少磁盘IO.

③自适应hash索引（Adaptive Hash Index）

用于优化对Buffer Pool数据的查询。InnoDB存储引擎会监控对表上各索引页的查询，如果观察到hash索引可以提升速度，则建立hash索引，称之为自适应hash索引。
自适应哈希索引，无需人工干预，是系统根据情况自动完成，参数：adaptive_hash_index。

④ 日志缓冲区 （Log Buffer）

用来保存要写入到磁盘中的log日志数据（redo log、undo log），默认大小为16M，日志缓冲区的日志会定期刷新到磁盘中。如果需要更新、插入或删除许多行的事务，增加日志缓冲区的大小可以节省磁盘I/O
参数：

• innodb_log_buffer_size：缓冲区大小

• innodb_flush_log_at_trx_commit：日志刷新到磁盘时机，值为0,1,2

  1：日志在每次事务提交时写入，并刷新到磁盘；
  0：每秒将日志写入，并刷新到磁盘一次。
  2：日志在每次事务提交后写入，并每秒刷新到磁盘一次。

（2）磁盘结构 (Disk Structures)

① 系统表空间 （System Tablespace ）

系统表空间是更改缓冲区（Change Buffer）的存储区域。如果表是在系统表空间而不是独立表空间或通用表空间中创建的，它也可能包含表和索引数据。
参数：innodb_data_file_path

② 独立表空间（File-Per-Table Tablespaces）

包含单个innoDB表的数据和索引，并存储在文件系统上的单个数据文件中。
参数：innodb_file_per_table

③ 通用表空间（General Tablespaces）

需要通过CREATE TABLESPACE语法创建通用表空间，创建表时，可指定该表空间。

# 创建表空间
create tablespace ts_person add datafile 'myperson.ibd' engine = innodb;
# 建表
crate table person(id int, name varchar(20)) tablespace ts_person;

④ 撤销表空间 （Undo Tablespaces）

Mysql实例在初始化时会自动创建两个默认的undo表空间（初始大小16M）,用于存储undo.log日志。

⑤ 临时表空间 （Temporary Tablespaces）

InnoDB使用会话临时表空间和全局临时表空间，存储用户创建的临时表等数据。

⑥ 双写缓冲区 （Doublewrite Buffer Files）

innoDB引擎将数据页从Buffer Pool刷新到磁盘前，先将数据页写入到缓冲区文件中，便于系统异常时恢复数据。*.dblwr

⑦ 重做日志区 （Redo Log）

用来实现事务的持久性。

（3）后台线程

后台线程作用：InnoDB存储引擎缓冲池当中的数据，在合适的时机，刷新到磁盘文件中。

① 核心后台线程 （Master Thread）

负责调度其他线程，还负责将缓冲池中的数据异步刷新到磁盘中，保持数据的一致性，还包括脏页的刷新、合并插入缓存、undo页的回收。

② IO线程（IO Thread）

大量使用AIO（异步IO）来处理IO请求，这样可以极大的提高数据库的性能，而IO Thread主要负责这些IO请求的回调。

③ Purge Thread

主要用于回收事务已经提交了的undo.log，在事务提交之后，undo log可能不用了，就用它来回收。

④ Page Cleaner Thread

协助Master Thread 刷新脏页到磁盘的线程，他可以减轻Master Thread的工作压力，减少阻塞

3、事务原理

（1）redo log（持久性）

重做日志，记录的是事务提交时数据页的物理修改，用来实现事务的持久性。
该日志文件由两部分组成：重做日志缓冲（redo log buffer）以及重做日志文件（redo log file），前者是在内存中，后者在磁盘中。当事务提交之后会把所有修改信息都存到该日志文件中。用于在刷新脏页到磁盘，发生错误时，进行数据恢复使用。

（2）undo log（原子性）

回滚日志，用于记录数据被修改前的信息，作用包含两个：提供回滚和MVCC。
undo log和redo log记录物理日志不一样，他是逻辑日志。可以认为当delete一条记录时，undo log中会记录一条对应的insert 记录，反之亦然，当update一条记录时，它记录一条对应相反的update记录。当执行rollback时，就可以从undo log中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。
undo log 销毁： undo log在事务执行时产生，事务提交时，并不会立即删除undo log,因为这些日志可能还用于MVCC.
undo log 存储：undo log采用段的方式进行管理和记录，存放在前面介绍的rollbck segment回滚段中，内部包含1024个undo log segment.

• 当insert的时候，产生的undo log日志只在回滚时需要，在事务提交后，可被立即删除。
• 当update、delete的时候，产生的undo log日志不仅仅在回滚时需要，在快照读时也需要，不会立即被删除。

4、MVCC

（1）基本概念

• 当前读
  读取的是记录的最新版本，读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录，会对读取的记录进行加锁。对于我们日常的操作，如：select.lock in share mode（共享锁），select…for update、update、insert、delete（排他锁）都是一种当前读。
• 快照读
  简单的select（不加锁）就是快照读，读取的是记录数据的可见版本，有可能是历史数据，不加锁，是非阻塞读。
  Read Committed：每次select，都生成一个快照读。
  Repeatable Read：开启事务后第一个selecti语句才是快照读的地方。
  Serializable：快照读会退化为当前读。
• MVCC
  全称Multi–Version Concurrency Control，多版本并发控制。指维护一个数据的多个版本，使得读写操作没有冲突，快照读为MySQL实现MVCC提供了一个非阻塞读功能。MVCC的具体实现，还需要依赖于数据库记录中的三个隐式字段、undo log日志、readView。

（2）隐式字段

（3）undo log版本链

不同事务或相同事务对同一条记录进行修改，会导致该记录的undo log生成一条记录版本链表，链表的头部是最新的旧记录，链表尾部是最早的旧记录。

（4）readView 读视图

ReadView 是快照读SQL执行时MVCC提取数据的依据，记录并维护系统当前活跃的事务（未提交的）id。
ReadView中包含了四个核心字段：

（5）实现原理

不同的隔离级别，生成ReadView的时机不同：

• READ COMMITED（RC）：在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。
  
  第一次读
  
  第二次读
  

• REPEATABLE READ（RR）：尽在事务中第一次执行快照读时生成ReadView，后续服用该ReadView.
  

5、总结

七、MySQL管理

1、系统数据库

2、常用工具

（1）mysql Mysql客户端工具

（2）mysqladmin Mysql管理工具

（3）mysqlbinlog 二进制日志查看工具

（4）mysqlshow 查看数据库、表、字段的统计信息

（5）mysqldump 数据备份工具

（6）mysqlimport / source 数据导入工具