數(shù)據(jù)庫(kù)引擎及底層實(shí)現(xiàn)原理

　　一、數(shù)據(jù)庫(kù)引擎

　　數(shù)據(jù)庫(kù)引擎是用于存儲(chǔ)、處理和保護(hù)數(shù)據(jù)的核心服務(wù)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)引擎可控制訪問(wèn)權(quán)限并快速處理事務(wù)，從而滿足企業(yè)內(nèi)大多數(shù)需要處理大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序的要求。 使用數(shù)據(jù)庫(kù)引擎創(chuàng)建用于聯(lián)機(jī)事務(wù)處理或聯(lián)機(jī)分析處理數(shù)據(jù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。這包括創(chuàng)建用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的表和用于查看、管理和保護(hù)數(shù)據(jù)安全的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象（如索引、視圖和存儲(chǔ)過(guò)程）。

　　二、數(shù)據(jù)庫(kù)引擎任務(wù)

　　在數(shù)據(jù)庫(kù)引擎文檔中，各主題的順序遵循用于實(shí)現(xiàn)使用數(shù)據(jù)庫(kù)引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的系統(tǒng)的任務(wù)的主要順序。

　　設(shè)計(jì)并創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)以保存系統(tǒng)所需的關(guān)系或XML文檔。

　　實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)以訪問(wèn)和更改數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。包括實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站或使用數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序，還包括生成使用SQL Server工具和實(shí)用工具以使用數(shù)據(jù)的過(guò)程。

　　為單位或客戶部署實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。

　　提供日常管理支持以?xún)?yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。

　　三、MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)引擎類(lèi)別

　　你能用的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎取決于mysql在安裝的時(shí)候是如何被編譯的。要添加一個(gè)新的引擎，就必須重新編譯MYSQL。在缺省情況下，MYSQL支持三個(gè)引擎：ISAM、MYISAM和HEAP。另外兩種類(lèi)型INNODB和BERKLEY（BDB），也常?？梢允褂?。

　　ISAM

　　ISAM是一個(gè)定義明確且歷經(jīng)時(shí)間考驗(yàn)的數(shù)據(jù)表格管理方法，它在設(shè)計(jì)之時(shí)就考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)被查詢(xún)的次數(shù)要遠(yuǎn)大于更新的次數(shù)。因此，ISAM執(zhí)行讀取操作的速度很快，而且不占用大量的內(nèi)存和存儲(chǔ)資源。ISAM的兩個(gè)主要不足之處在于，它不支持事務(wù)處理，也不能夠容錯(cuò)：如果你的硬盤(pán)崩潰了，那么數(shù)據(jù)文件就無(wú)法恢復(fù)了。如果你正在把ISAM用在關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序里，那就必須經(jīng)常備份你所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)其復(fù)制特性，MYSQL能夠支持這樣的備份應(yīng)用程序。

　　MYISAM

　　MYISAM是MYSQL的ISAM擴(kuò)展格式和缺省的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎。除了提供ISAM里所沒(méi)有的索引和字段管理的功能，MYISAM還使用一種表格鎖定的機(jī)制，來(lái)優(yōu)化多個(gè)并發(fā)的讀寫(xiě)操作。其代價(jià)是你需要經(jīng)常運(yùn)行OPTIMIZE TABLE命令，來(lái)恢復(fù)被更新機(jī)制所浪費(fèi)的空間。MYISAM還有一些有用的擴(kuò)展，例如用來(lái)修復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件的MYISAMCHK工具和用來(lái)恢復(fù)浪費(fèi)空間的MYISAMPACK工具。

　　MYISAM強(qiáng)調(diào)了快速讀取操作，這可能就是為什么MYSQL受到了WEB開(kāi)發(fā)如此青睞的主要原因：在WEB開(kāi)發(fā)中你所進(jìn)行的大量數(shù)據(jù)操作都是讀取操作。所以，大多數(shù)虛擬主機(jī)提供商和INTERNET平臺(tái)提供商只允許使用MYISAM格式。

　　HEAP

　　HEAP允許只駐留在內(nèi)存里的臨時(shí)表格。駐留在內(nèi)存里讓HEAP要比ISAM和MYISAM都快，但是它所管理的數(shù)據(jù)是不穩(wěn)定的，而且如果在關(guān)機(jī)之前沒(méi)有進(jìn)行保存，那么所有的數(shù)據(jù)都會(huì)丟失。在數(shù)據(jù)行被刪除的時(shí)候，HEAP也不會(huì)浪費(fèi)大量的空間。HEAP表格在你需要使用SELECT表達(dá)式來(lái)選擇和操控?cái)?shù)據(jù)的時(shí)候非常有用。要記住，在用完表格之后就刪除表格。

　　INNODB和BERKLEYDB

　　INNODB和BERKLEYDB（BDB）數(shù)據(jù)庫(kù)引擎都是造就MYSQL靈活性的技術(shù)的直接產(chǎn)品，這項(xiàng)技術(shù)就是MYSQL++ API。在使用MYSQL的時(shí)候，你所面對(duì)的每一個(gè)挑戰(zhàn)幾乎都源于ISAM和MYISAM數(shù)據(jù)庫(kù)引擎不支持事務(wù)處理也不支持外來(lái)鍵。盡管要比ISAM和MYISAM引擎慢很多，但是INNODB和BDB包括了對(duì)事務(wù)處理和外來(lái)鍵的支持，這兩點(diǎn)都是前兩個(gè)引擎所沒(méi)有的。如前所述，如果你的設(shè)計(jì)需要這些特性中的一者或者兩者，那你就要被迫使用后兩個(gè)引擎中的一個(gè)了。

? ? ? ? 數(shù)據(jù)庫(kù)底層實(shí)現(xiàn)原理

　　B+樹(shù)是為磁盤(pán)或其他直接存取輔助設(shè)備而設(shè)計(jì)的一種平衡查找樹(shù)（如果不知道平衡查找樹(shù)，請(qǐng)自行g(shù)oogle），在B+樹(shù)中，所有記錄節(jié)點(diǎn)都是按鍵值的大小順序存放在同一層的葉節(jié)點(diǎn)中，各葉節(jié)點(diǎn)指針進(jìn)行連接。下圖是在網(wǎng)上找的一張B+樹(shù)示意圖。

　　InnoDB數(shù)據(jù)頁(yè)結(jié)構(gòu)

　　1.頁(yè)介紹

　　頁(yè)是InnoDB存儲(chǔ)引擎管理數(shù)據(jù)庫(kù)的最小磁盤(pán)單位。頁(yè)類(lèi)型為B-Tree node的頁(yè)，存放的即是表中行的實(shí)際數(shù)據(jù)了。

　　InnoDB中的頁(yè)大小為16KB，且不可以更改。

　　InnoDB可以將一條記錄中的某些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在真正的數(shù)據(jù)頁(yè)面之外，即作為行溢出數(shù)據(jù)。MySQL的varchar數(shù)據(jù)類(lèi)型可以存放65535個(gè)字節(jié)，但實(shí)際只能存儲(chǔ)65532個(gè)。同時(shí)InnoDB是B+樹(shù)結(jié)構(gòu)的，因此每個(gè)頁(yè)中至少應(yīng)該有兩個(gè)行記錄，否則失去了B+樹(shù)的意義，變成了鏈表，所以一行記錄最大長(zhǎng)度的閾值是8098，如果大于這個(gè)值就會(huì)將其存到溢出行中。

　　2.InnoDB數(shù)據(jù)頁(yè)組成部分

　　File Header（文件頭）

　　Page Header（頁(yè)頭）

　　Infimun + Supremum Records

　　User Records（用戶記錄，即行記錄）

　　Free Space（空閑空間）

　　Page Directory（頁(yè)目錄）

　　File Trailer（文件結(jié)尾信息）

　　這也是我摘抄的書(shū)上的內(nèi)容，下面我只介紹一下會(huì)幫助理解底層原理的部分。

　　1.在File header中，F(xiàn)IL+PAGE_PREV，F(xiàn)IL_PAGE_NEXT兩個(gè)表示當(dāng)前頁(yè)的上一頁(yè)和下一頁(yè)，由此可以看出葉子節(jié)點(diǎn)是雙向鏈表串起來(lái)的。如下圖

　　2.Infimum和Supremum記錄

　　在InnoDB存儲(chǔ)引擎中，每個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)中有兩個(gè)虛擬的行記錄，用來(lái)限定記錄的邊界。Infimum記錄是比該頁(yè)中任何主鍵值都要小的值，Supremum指比任何可能大的值還要大的值。這兩個(gè)值在頁(yè)創(chuàng)建時(shí)被建立，并且在任何情況下不會(huì)被刪除。

　　由上圖可以看出，行記錄是記錄在頁(yè)中的，同時(shí)是在頁(yè)內(nèi)行記錄之間也是雙向鏈表鏈接的（在網(wǎng)上有看到說(shuō)是單鏈表的）

　　3.Page Directory

　　頁(yè)目錄中存放了記錄的相對(duì)位置，有些時(shí)候這些記錄指針?lè)Q為Slots（槽）或者目錄槽，與其他數(shù)據(jù)庫(kù)不同的是，InnoDB并不是每個(gè)記錄擁有一個(gè)槽，InnoDB中的槽是一個(gè)稀疏目錄，即一個(gè)槽中可能屬于多個(gè)記錄，最少屬于4個(gè)目錄，最多屬于8個(gè)目錄。槽中記錄按照鍵順序存放，這樣可以利用二叉查找迅速找到記錄的指針。但是由于InnoDB中的Slots是稀疏目錄，二叉查找的結(jié)果只是一個(gè)粗略的結(jié)果，所以InnoDB必須通過(guò)recorder header中的next_record來(lái)繼續(xù)查找相關(guān)記錄。同時(shí)slots很好的解釋了recorder header中的n_owned值的含義，即還有多少記錄需要查找，因?yàn)檫@些記錄并不包括在slots中。