MySQL索引原理与应用：索引类型，存储结构与锁

三星索引指的是对于一个查询，设立了三个通用的索引条件满足的条件，建立的索引对于特定的查询每满足一个条件就表示该索引得到一颗星，当该索引得到三颗星时就表示该索引对于该查询是一个三星索引。三星索引是对于特定查询的最优索引，建立三星索引的条件如下：

• 取出所有的等值谓词的列 （WHERE COL=…） 作为索引开头的列；
• 将 ORDER BY 中的列加入到索引中；
• 将查询语句中剩余的列加入到索引中，将易变得列放到最后以降低更新成本。

譬如对于如下的查询，索引 (first_name, last_name, email) 就是一个三星索引：

SELECT first_name, last_name, email FROM user WHERE first_name = 'aa' ORDER BY last_name; 

三星索引的创建过程可以发现如下规律：

• 覆盖等值谓词条件，如 first_name，可以过滤大部分的索引片数据；
• 覆盖 order by 字段可以避免对结果集的排序，如 last_name;
• 覆盖其余字段可以避免回磁盘读取数据，即使用了覆盖索引扫描，如 email。

索引存储结构

MySQL 查询的时候会先通过索引定位到对应的数据页，然后检测数据页是否在缓冲池内，如果在就直接返回，如果不在就去聚簇索引中通过磁盘 IO 读取对应的数据页并放入缓冲池。一个数据页会包含多个数据行。缓存池通过 LRU 算法对数据页进行管理，也就是最频繁使用的数据页排在列表前面，不经常使用的排在队尾，当缓冲池满了的时候会淘汰掉队尾的数据页。从磁盘新读取到的数据页并不会放在队列头部而是放在中间位置，这个中间位置可以通过参数进行修。缓冲池也可以设置多个实例，数据页根据哈希算法决定放在哪个缓冲池。

在 MySQL 存储结构一文中，我们讨论过 MySQL 数据页的存储结构。

Memory Architecture | 内存架构

InnoDB 的内存主要有以下几个部分组成：缓冲池 (buffer pool)、重做日志缓冲池(redo log buffer）以及额外的内存池（additional memory pool），如下图所示：

其中缓冲池占最大块内存，用来缓存各自数据，数据文件按页（每页 16K）读取到缓冲池，按最近最少使用算法（LRU）保留缓存数据。缓冲池缓冲的数据类型有：数据页、索引页、插入缓冲、自适应哈希索引、锁信息、数据字典信息等，其中数据页和索引页占了绝大部分内存。日志缓冲将重做日志信息先放入这个缓冲区，然后按一定频率（默认为 1s）将其刷新至重做日志文件。

InnoDB 通过一些列后台线程将相关操作进行异步处理，同时借助缓冲池来减小 CPU 和磁盘速度上的差异。当查询的时候会先通过索引定位到对应的数据页，然后检测数据页是否在缓冲池内，如果在就直接返回，如果不在就去聚簇索引中通过磁盘 IO 读取对应的数据页并放入缓冲池。一个数据页会包含多个数据行。缓存池通过 LRU 算法对数据页进行管理，也就是最频繁使用的数据页排在列表前面，不经常使用的排在队尾，当缓冲池满了的时候会淘汰掉队尾的数据页。从磁盘新读取到的数据页并不会放在队列头部而是放在中间位置，这个中间位置可以通过参数进行修。缓冲池也可以设置多个实例，数据页根据哈希算法决定放在哪个缓冲池。

Storage Architecture | 存储结构

InnoDB 存储引擎的逻辑存储结构和 Oracle 大致相同，所有数据都被逻辑地存放在一个空间中，我们称之为表空间（tablespace）。表空间又由段（segment）、区（extent）、页（page）组成。页在一些文档中有时也称为块（block），1 extent = 64 pages，InnoDB 存储引擎的逻辑存储结构大致如图所示：

表空间作为存储结构的最高层，所有数据都存放在表空间中，默认情况下用一个共享表空间 ibdata1 ，如果开启了 innodb_file_per_table 则每张表的数据将存储在单独的表空间中，也就是每张表都会有一个文件，

表空间由各个段构成，InnoDB 存储引擎由索引组织的，而索引中的叶子节点用来记录数据，存储在数据段，而非叶子节点用来构建索引，存储在索引段。区是由连续的页组成，任何情况下一个区都是 1MB，一个区中可以有多个页，每个页默认为 16KB ，所以默认情况下一个区中可以包含 64 个连续的页，页的大小是可以通过 innodb_page_size 设置，页中存储的是具体的行记录。一行记录最终以二进制的方式存储在文件里。

从物理意义上来看，InnoDB 表由共享表空间、日志文件组（更准确地说，应该是 Redo 文件组）、表结构定义文件组成。若将 innodb_file_per_table 设置为 on，则每个表将独立地产生一个表空间文件，以 ibd 结尾，数据、索引、表的内部数据字典信息都将保存在这个单独的表空间文件中。表结构定义文件以 frm 结尾，这个是与存储引擎无关的，任何存储引擎的表结构定义文件都一样，为 .frm 文件。

Process Architecture | 进程架构

默认情况下，InnoDB 的后台线程有 7 个，其中 4 个 IO thread, 1 个 Master thread, 1 个 Lock monitor thread, 一个 Error monitor thread。InnoDB 的主要工作都是在一个单独的 Master 线程里完成的。Master 线程的优先级最高，它主要分为以下几个循环：主循环（loop）、后台循环（background loop）、刷新循环（flush loop）、暂停循环（suspend loop）。

（编辑：辽源站长网）

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