MySQL 架构与存储引擎

MySQL 体系架构

MySQL 的架构分为四层，各层各司其职：

客户端连接（Connectors）
      ↓
  ┌─────────────────┐
  │  连接层（Connection）│  ← 连接池、认证、SSL
  ├─────────────────┤
  │  服务层（Server）   │  ← 查询缓存、解析器、优化器、执行器
  ├─────────────────┤
  │  引擎层（Engine）   │  ← 插件式存储引擎（InnoDB、MyISAM 等）
  ├─────────────────┤
  │  存储层（Storage）  │  ← 文件系统、磁盘数据
  └─────────────────┘

连接层

• 管理客户端连接（TCP/IP、Socket、命名管道）
• 连接池复用线程，避免频繁创建销毁
• 认证用户身份与权限校验

服务层

• 查询缓存：8.0 之前缓存 SELECT 结果（已移除）
• 解析器：SQL 语法解析，生成解析树
• 优化器：选择最优执行计划（索引选择、JOIN 顺序）
• 执行器：调用存储引擎接口，返回结果

引擎层

• 插件式架构，支持多种存储引擎
• InnoDB（默认）、MyISAM、Memory、CSV、Archive 等
• 每种引擎有自己的存储方式和锁策略

存储层

• 数据持久化到磁盘（.ibd 文件）
• 文件系统交互（ext4、NTFS、xfs）

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InnoDB 存储引擎

InnoDB 是 MySQL 5.5+ 的默认存储引擎，具备以下核心特性：

B+ 树索引

InnoDB 使用 B+ 树组织索引和数据：

概念	说明
聚簇索引	主键索引，叶子节点存储整行数据
二级索引	非主键索引，叶子节点存储主键值
页	默认 16KB，B+ 树的基本存储单位
页分裂	插入导致页满时分裂为两页

缓冲池（Buffer Pool）

• 内存中的缓存区域，缓存数据页和索引页
• 通过 LRU 变体 算法管理冷热数据
• 减少磁盘 I/O，大幅提升读性能
• innodb_buffer_pool_size 通常设置为物理内存的 60%-80%

Change Buffer

• 缓存对非唯一二级索引的变更（INSERT、UPDATE、DELETE）
• 在页被读取到 Buffer Pool 时再合并（Merge）
• 减少随机 I/O，提升写性能

自适应哈希索引（AHI）

• InnoDB 自动为频繁访问的索引页建立哈希索引
• 加速等值查询（WHERE a = xxx）
• 完全自动，无需人工干预

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事务

ACID 特性

特性	说明	实现机制
原子性（A）	事务要么全部成功，要么全部回滚	Undo Log
一致性（C）	事务前后数据保持完整约束	应用层 + 数据库约束
隔离性（I）	并发事务互不干扰	MVCC + 锁
持久性（D）	提交后数据永久保存	Redo Log

事务隔离级别

级别	脏读	不可重复读	幻读	实现方式
READ UNCOMMITTED	✅	✅	✅	直接读最新数据
READ COMMITTED	❌	✅	✅	每语句生成 ReadView
REPEATABLE READ（默认）	❌	❌	✅	每事务生成 ReadView
SERIALIZABLE	❌	❌	❌	加锁串行化

MVCC（多版本并发控制）

MVCC 是 InnoDB 实现高并发读的核心机制：

核心组件：

• 隐藏字段：DB_TRX_ID（事务 ID）、DB_ROLL_PTR（回滚指针）
• Undo Log：记录数据行的历史版本链
• ReadView：事务执行时的可见性快照

工作原理：

1. 每次修改数据时，旧版本写入 Undo Log
2. 查询时通过 ReadView 判断可见版本
3. REPEATABLE READ 级别下，事务首次查询时固定 ReadView

Redo Log（重做日志）

• 保证事务的持久性
• WAL（Write-Ahead Logging）：先写日志，后写数据
• ib_logfile0 / ib_logfile1 循环写入
• 崩溃恢复时重放 Redo Log 恢复未写入磁盘的数据

Undo Log（回滚日志）

• 保证事务的原子性和 MVCC 的一致性读
• 记录数据修改前的旧值
• 事务回滚时撤销已执行的修改

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MyISAM vs InnoDB

对比维度	MyISAM	InnoDB
事务支持	❌	✅
行级锁	❌（表锁）	✅
外键	❌	✅
聚簇索引	❌	✅
全文索引	✅	✅（5.6+）
缓存	仅缓存索引	缓存数据 + 索引
存储文件	.MYD + .MYI	.ibd（共享表空间或独立）
适合场景	读多写少、数据仓库	OLTP、高并发读写