图解 MySQL InnoDb 存储结构、索引和锁

1.InnoDb 逻辑存储结构图

从InnoDb 存储引擎的逻辑存储结构看，所有数据都被逻辑地存放在一个空间中，称之为表空间（tablespace）。表空间又由段（segment），区（extent），页（page）组成。页在一些文档中有时候也称为块（block）。 InnoDb 逻辑存储结构图如下：

表空间（tablespace）

• 表空间是Innodb存储引擎逻辑的最高层，所有的数据都存放在表空间中。
• 默认情况下，Innodb存储引擎有一个共享表空间ibdata1,即所有数据都存放在这个表空间中内。
• 如果启用了innodb_file_per_table参数，需要注意的是每张表的表空间内存放的只是数据、索引、和插入缓冲Bitmap，其他类的数据，比如回滚(undo)信息、插入缓冲检索页、系统事物信息，二次写缓冲等还是放在原来的共享表内的。

段（segment）

• 表空间由段组成，常见的段有数据段、索引段、回滚段等。
• InnoDB存储引擎表是索引组织的，因此数据即索引，索引即数据。数据段即为B+树的叶子结点，索引段即为B+树的非索引结点。
• 在InnoDB存储引擎中对段的管理都是由引擎自身所完成，DBA不能也没必要对其进行控制。

区（extent）

• 区是由连续页组成的空间，在任何情况下每个区的大小都为1MB。
• 为了保证区中页的连续性，InnoDB存储引擎一次从磁盘申请4~5个区。
• 默认情况下，InnoDB存储引擎页的大小为16KB，一个区中一共64个连续的区。

页（page）

• 页是InnoDB磁盘管理的最小单位。
• 在InnoDB存储引擎中，默认每个页的大小为16KB。
• 从InnoDB1.2.x版本开始，可以通过参数innodb_page_size将页的大小设置为4K，8K，16K。
• InnoDB存储引擎中，常见的页类型有：数据页，undo页，系统页，事务数据页，插入缓冲位图页，插入缓冲空闲列表页等。

2.Innodb页结构相关示意图

Innodb页结构单体图
InnoDB数据页由以下7部分组成，如图所示：

其中File Header、Page Header、File Trailer的大小是固定的，分别为38，56，8字节，这些空间用来标记该页的一些信息，如Checksum，数据页所在B+树索引的层数等。User Records、Free Space、Page Directory这些部分为实际的行记录存储空间，因此大小是动态的。

下边我们用表格的方式来大致描述一下这7个部分：

记录在页中的存储流程图
每当我们插入一条记录，都会从Free Space部分，也就是尚未使用的存储空间中申请一个记录大小的空间划分到User Records部分，当Free Space部分的空间全部被User Records部分替代掉之后，也就意味着这个页使用完了，如果还有新的记录插入的话，就需要去申请新的页了，这个过程的图示如下：

不同Innodb页构成的数据结构图
一张表中可以有成千上万条记录，一个页只有16KB，所以可能需要好多页来存放数据。不同页其实构成了一条双向链表，File Header是InnoDB页的第一部分，它的FIL_PAGE_PREV和FIL_PAGE_NEXT就分别代表本页的上一个和下一个页的页号，即链表的上一个以及下一个节点指针。

3.Innodb索引结构图

我们先看一份数据表样本，假设Col1是主键，如下：

B+树聚集索引结构图

• 聚集索引就是以主键创建的索引
• 聚集索引在叶子节点存储的是表中的数据

非聚集索引结构图
假设索引列为Col3，索引结构图如下：

• 非聚集索引就是以非主键创建的索引
• 非聚集索引在叶子节点存储的是主键和索引列
• 使用非聚集索引查询出数据时，拿到叶子上的主键再去查到想要查找的数据。(拿到主键再查找这个过程叫做回表)
• 假设所查询的列，刚好都是索引对应的列，不用再回表查，那么这个索引列，就叫覆盖索引。

4、InnoDB 锁类型思维导图

加锁机制
乐观锁与悲观锁是两种并发控制的思想，可用于解决丢失更新问题。

乐观锁

• 每次去取数据，都很乐观，觉得不会出现并发问题。
• 因此，访问、处理数据每次都不上锁。
• 但是在更新的时候，再根据版本号或时间戳判断是否有冲突，有则处理，无则提交事务。

悲观锁

• 每次去取数据，很悲观，都觉得会被别人修改，会有并发问题。
• 因此，访问、处理数据前就加排他锁。
• 在整个数据处理过程中锁定数据，事务提交或回滚后才释放锁.

锁粒度