浅谈innodb的索引页结构,插入缓冲,自适应哈希索引

Physical Structure of an InnoDB Index

所有的innodb索引都是btree索引，索引记录保存在叶子上，默认的索引页大小是16K。当有新的记录插入时，innodb出于对将来的insert和update操作的考虑，会尝试留下1/16的空闲页大小。

如果索引记录是完全按照索引记录的大小顺序插入的，那么索引也将填满整个页大小的15/16，如果插入顺序完全随机，那么索引页基本上填充为1/2至15/16自建。如果填充因子低于1/2,innodb会尝试重建b-tree。

Mysql5.6以后，可以通过innodb_page_size参数设置当前实例下每个索引页的大小，一旦设定，无法再更改回来。推荐的配置一般是16K，8K或者4K。另外假如一个Mysql实例设置了不同于默认值的innodb_page_size A，那么将无法使用其他不同于A值的实例上的文件（比如做一个物理备份和恢复）

Insert Buffering

数据库应用通常按照主键顺序插入的，在这种情况下，因为聚集索引的顺序和这个主键值的顺序完全一致，insert操作将会减少很多的随机IO。

另一方面，二级索引通常不是唯一的，那么在二级索引中插入数据时是一个相对随机的顺序。同样的，delete和update操作在影响数据页时，涉及到索引的变更，在二级索引上也并不是紧挨着的。这就导致了大量的随机IO。

当插入一条记录，或者从非唯一的二级索引删除一条记录，innodb首先会去检查该二级索引页是否在缓冲池中。如果在缓冲池，innodb将会直接在内存中修改这个索引页。如果该索引也不在缓冲池，那么innodb将会将这个修改记录到插入缓冲，也就是insertbuffer。Insert buffer通常都比较小，所以能够保证全部在缓冲池中，并且更新非常频繁。这个修改的进程就是change buffering（通常情况下，它只会只作用于insert操作，所以也被称为insertbuffering，而该数据结构就是insert buffer）

Disk I/O for Flushing the Insert Buffer

那么插入缓冲如何减少随机IO的呢？每个一段时间，insert buffer会去合并在insertbuffer中的二级非唯一索引。通常情况下，它会合并N个修改到同一个btree索引的索引页中，从而节约了很多IO操作。经测试，insertbuffer可以提高15倍的插入速度。

在事务提交后，insert buffer可能还在合并写入。所以，假如当DB异常重启，reovery阶段，当有非常多的二级索引需要更新或插入时，insert buffer将可能花费很长时间，甚至几个小时。在这个阶段，磁盘IO将会增加，那么就会导致disk-bound类型的查询有显著的性能下滑。

Adaptive Hash Indexes

自适应哈希索引（AHI）使得innodb在缓冲池拥有足够的内存和某些工作负载下，看起来更像一个内存数据库，并且不会牺牲任何事务的特点和稳定性。这个特色由参数innodb_adaptive_hash_index控制，动态参数，默认为on表示打开自适应哈希索引，关闭AHI后内置哈希表将会被立马清空，而正常的操作依旧可以继续，只是直接通过访问B-TREE索引。重新使能AHI后哈希表又会被重建。