-- B+ Tree 节点 = 物理数据页 (16KB)

-- 非叶子节点（索引页）
-- 存储结构：[主键值, 页指针]
-- 每行约 12 字节
-- 每页可存：16KB / 12 ≈ 1365 个键

-- 叶子节点（数据页）
-- 存储结构：[主键, 所有列数据]
-- 每行大小取决于字段类型和数量
-- 每页可存：几百到几千行不等

-- 示例：B+ Tree 高度为 3
-- 根节点 -> 1365 个子节点 -> 1365² 行数据
-- 约可存储：1365 × 1365 × 1000 ≈ 18 亿行

-- 索引查找的磁盘IO过程：

-- 1. 加载根节点页（第1次IO）
--    - 从ibd文件读取根节点页到Buffer Pool
--    - 根据查询键值确定下一级子页

-- 2. 加载中间节点页（第2次IO）
--    - 继续定位，直到叶子节点

-- 3. 加载叶子节点页（第3次IO）
--    - 叶子节点存储实际数据行
--    - 在页内查找目标记录

-- 4. 回表（如需）（第4次IO）
--    - 如果是覆盖索引，无需回表
--    - 否则需要根据主键再查一次

-- 性能指标：
-- - 磁盘随机IO延迟：~10ms
-- - 内存访问延迟：~100ns
-- - 速度差异：10万倍
-- - 因此：减少磁盘IO是优化关键

-- 页分裂详解：

-- 触发条件：叶子节点数据页满（16KB）
-- 分裂过程：
--   1. 分配新叶子节点页
--   2. 将原页一半记录移动到新页
--   3. 在父节点添加新指针
--   4. 插入新记录

-- 页分裂的性能影响：
--   - 需要分配新页面
--   - 需要修改多个数据页
--   - 可能引发连锁分裂（向上传播）
--   - 导致页稀疏，空间利用率下降

-- 优化建议：
--   - 使用自增主键，顺序插入避免分裂
--   - 避免随机主键（UUID等）
--   - 批量插入减少分裂次数

-- 16KB 数据页结构分解：

-- 1. File Header (38字节)
--    - 页ID (space ID + page number)
--    - 上一页/下一页指针（双向链表）
--    - 页类型 (INDEX/SYSTEM/UNDO等)
--    - LSN (日志序列号)
--    - Checksum (数据完整性校验)

-- 2. Page Header (56字节)
--    - 已记录数 (PAGE_N_DIR_SLOTS)
--    - 空闲空间起始位置 (PAGE_FREE)
--    - 第一个被删除记录的位置
--    - 页面中记录数量

-- 3. Infimum + Supremum (各13字节)
--    - 虚拟记录，作为页内记录边界
--    - Infimum: 比任何用户记录都小
--    - Supremum: 比任何用户记录都大

-- 4. User Records (用户数据区)
--    - 实际存储的行数据
--    - 变长字段使用额外空间存储长度

-- 5. Free Space (空闲区)
--    - 未使用的空间
--    - 新记录从这里分配

-- 6. Page Directory (页目录)
--    - 稀疏索引，指向记录组
--    - 二分查找加速定位

-- 7. File Trailer (8字节)
--    - 页尾校验
--    - 检测页面是否损坏

-- 数据页内查找过程：

-- 1. Page Directory 二分查找
--    - 将页内记录分组，每组4-8条
--    - 每组一个目录项（2字节指针）
--    - 二分查找定位到组

-- 2. 顺序查找精确定位
--    - 在目标组内顺序查找
--    - 组内记录数少，扫描开销小

-- 示例：
--    - 假设页内有1000条记录
--    - 每组8条，需要125个目录项
--    - 二分查找：log2(125) = 7次
--    - 组内查找最多8次
--    - 总计：约15次比较定位记录

-- 对比：
--    - 无页目录：1000次线性比较
--    - 有页目录：15次比较
--    - 性能提升：60倍

-- ibd 文件页分配结构：

-- 第1页：Space Header (Tablespace Header)
--   - 表空间ID、标志位
--   - 第一个可用Extent地址
--   - 所有数据页的bitmap

-- 第2页：FSP Header (File Space Header)
--   - 空闲Extent链表
--   - 完全使用Extent链表
--   - 碎片Extent信息

-- 第3-64页：XDES (Extent Descriptor)
--   - 每个Extent描述符256字节
--   - 每个Extent (64页) 占4字节
--   - 描述每个Extent的状态

-- 索引页区域：
--   - B+ Tree 非叶子节点
--   - B+ Tree 叶子节点（数据）
--   - 按Extent分配和管理

-- 特殊页：
--   - Insert Buffer B+ Tree
--   - Data Dictionary B+ Tree
--   - Undo Log 页

-- Extent（区）结构：
--   - 1 Extent = 64 连续页 = 1MB
--   - 顺序IO优化：减少磁盘寻道
--   - 空间预分配：提高写入性能

-- Segment（段）结构：
--   - Leaf Node Segment：叶子节点段
--   - Non-Leaf Node Segment：非叶子节点段
--   - 每个索引由两个Segment组成

-- Extent 分配策略：
--   1. 碎片页分配 (0-32页)
--      - 按需分配单页
--      - 空间利用率高
--      - 随机IO较多

--   2. 完整区分配 (>32页)
--      - 整区1MB分配
--      - 顺序IO优化
--      - 空间可能浪费

-- 查看表空间使用：
SELECT
    name,
    total_pages,
    total_pages * 16384 / 1024 / 1024 AS size_mb
FROM information_schema.innodb_tablespaces
WHERE name = 'database/table_name';

-- InnoDB 表空间类型：

-- 1. 系统表空间 (System Tablespace)
--    文件：ibdata1, ibdata2, ...
--    默认路径：innodb_data_home_dir
--    存储内容：
--    - data dictionary (数据字典)
--    - undo log (回滚日志)
--    - change buffer (变更缓冲)
--    - doublewrite buffer (双写缓冲)
--    - 所有表的元数据和索引

-- 2. 独立表空间 (File-Per-Table)
--    文件：database/table_name.ibd
--    优点：
--    - 方便单表备份
--    - 支持表级压缩
--    - 删除表可立即回收空间
--    - I/O隔离（可单独flush）
--    配置：innodb_file_per_table = ON

-- 3. 通用表空间 (General Tablespace)
--    文件：自定义 .ibd 文件
--    优点：
--    - 多表共享表空间
--    - 减少文件系统碎片
--    - 支持大表空间
CREATE TABLESPACE ts1 ADD DATAFILE 'ts1.ibd';
CREATE TABLE t1 (id INT) TABLESPACE ts1;

-- 4. 临时表空间 (Temporary Tablespace)
--    文件：ibtemp0, ibtemp1
--    用途：临时表、排序结果
--    特点：重启后重建

-- 5. Undo 表空间
--    文件：undo_001, undo_002
--    用途：事务回滚

-- 核心配置参数

-- 1. Buffer Pool 大小（建议50-70%可用内存）
SET GLOBAL innodb_buffer_pool_size = 4 * 1024 * 1024 * 1024;  -- 4GB

-- 2. Buffer Pool 实例数（减少锁竞争）
SET GLOBAL innodb_buffer_pool_instances = 4;

-- 3. 冷数据区比例（默认37%）
SET GLOBAL innodb_old_blocks_pct = 37;

-- 4. 预热时间（访问后多久进入热区）
SET GLOBAL innodb_old_blocks_time = 1000;  -- 1000ms

-- 5. 脏页刷新策略
SET GLOBAL innodb_max_dirty_pages_pct = 75;  -- 超过比例强制刷新

-- 6. 查看状态
SHOW ENGINE INNODB STATUS;
SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_buffer_pool%';

-- 脏页刷新机制：

-- 刷新策略 (innodb_flush_log_at_trx_commit)：
--    1. = 1 (默认，最安全)
--       每次事务提交同步写Redo Log
--       最多丢失1个事务
--    2. = 2
--       每次事务提交写OS缓存
--       每秒刷新到磁盘
--       最多丢失1秒数据
--    3. = 0
--       不立即写Redo Log
--       每秒刷新
--       最多丢失1秒数据（危险！）

-- 刷新时机：
--    a. 脏页比例超过阈值
--       innodb_max_dirty_pages_pct = 75%
--    b. Redo Log空间不足
--    c. 后台Page Cleaner线程定时刷新
--    d. 正常关闭数据库

-- 查看Buffer Pool状态：
SHOW ENGINE INNODB STATUS;
-- 查看：Buffer pool size, Pages dirty, Pages read/write

-- 性能影响：
--    - 脏页过多：恢复时间长
--    - 刷新过慢：磁盘IO突增
--    - 刷新过快：IO争用

-- InnoDB 预读 (Read Ahead)：

-- 1. 线性预读 (Linear Read Ahead)
--    条件：顺序访问同一Extent的多个页
--    触发：innodb_read_ahead_threshold = 56 (默认)
--    行为：预读整个Extent (64页)
--    示例：全表扫描时自动触发

-- 2. 随机预读 (Random Read Ahead)
--    条件：同一Extent内多个页被访问
--    触发：innodb_random_read_ahead = ON
--    行为：预读整个Extent
--    注意：默认关闭，可能增加IO

-- 预读触发示例：
--    SELECT * FROM users ORDER BY id;
--    -- 顺序扫描，触发线性预读

--    SELECT * FROM users WHERE id IN (1,100,200,300);
--    -- 可能触发随机预读

-- 配置优化：
--    innodb_read_ahead_threshold = 64
--    innodb_random_read_ahead = OFF
--    innodb_read_io_threads = 4

-- InnoDB 空间分配流程：

-- 1. 请求分配新页
--    a. 检查Fragment Array (前32页)
--    b. 有碎片页则分配单页
--    c. 无碎片页则分配完整Extent

-- 2. Extent 分配
--    a. 从FSP_FREE链表中获取
--    b. 标记为Fragment Array使用
--    c. 32页后标记为完整Extent

-- 3. 数据页分配
--    a. 从Fragment Array分配
--    b. 初始化页头
--    c. 加入LRU链表

-- 4. 索引结构维护
--    a. 更新B+ Tree结构
--    b. 维护Page Directory
--    c. 更新数据字典

-- 查看表空间统计：
SELECT
    table_name,
    round(table_rows / 10000, 1) AS rows_w,
    round(data_length / 1024 / 1024, 1) AS data_mb,
    round(index_length / 1024 / 1024, 1) AS index_mb
FROM information_schema.tables
WHERE engine = 'InnoDB';

-- 空间回收机制：

-- 1. 删除记录的逻辑删除
--    - 记录标记为"已删除"
--    - 空间标记为可复用
--    - 真正删除由Purge线程处理

-- 2. Purge 机制
--    - 后台线程定期清理已删除记录
--    - 清理Undo Log
--    - 释放空间到Free List
--    - innodb_purge_threads = 4

-- 3. 页面合并
--    - 当相邻页利用率低时合并
--    - 释放多余页到Free Extent
--    - 减少碎片

-- 4. 手动回收空间
--    OPTIMIZE TABLE table_name;
--    -- 重建表，整理碎片

--    ALTER TABLE t ENGINE=InnoDB;
--    -- 在线重建表

--    ALTER TABLE t TABLESPACE=innodb_file_per_table;
--    -- 移动到独立表空间

-- 注意事项：
--    - ibd文件不会自动缩小
--    - DELETE只标记删除，不释放空间
--    - TRUNCATE会重建表，释放空间

-- 常见空间问题：

-- 问题1：ibd文件过大
-- 原因：大量删除后空间未回收
-- 解决：OPTIMIZE TABLE重建表

-- 问题2：碎片过多
-- 原因：随机插入导致页分裂频繁
-- 解决：使用自增主键，定期优化

-- 问题3：Buffer Pool命中率低
-- 原因：数据量超过Buffer Pool大小
-- 解决：增加Buffer Pool，优化查询

-- 监控SQL：
--    -- 查看表大小
--    SELECT table_name,
--           round(data_length/1024/1024,2) as mb
--    FROM information_schema.tables
--    WHERE table_schema = 'db';

--    -- 查看索引统计
--    SHOW INDEX FROM table_name;

--    -- 查看InnoDB状态
--    SHOW ENGINE INNODB STATUS\G

--    -- 查看脏页比例
--    SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Innodb_buffer_pool_pages_dirty';