从零开始：深入了解 MySQL 的 Buffer Pool

1：一切从数据库的增删改查开始

• Buffer Pool 在数据库中是一个非常重要的组件，我们知道我们的数据最终都是保存在磁盘中的，但是我们每次查询或者修改都不可能从磁盘中去拿数据吧。这样的话我们查询或者修改的性能就会非常低。
• 所以MySql有个Buffer Pool来解决这个问题，Buffer Pool就是MySql数据库中的一块内存，我们实际的操作数据库数据其实都是会在这块内存中操作

2：Buffer Pool长什么样子

• Buffer Pool是MySql中的一块内存，默认是128MB,当然我们也可以自己设置,使用 innodb_buffer_pool_size=2147483648

  

• 数据页：既然我们知道数据是存放在Buffer Pool中的，那么我们的数据又是如何放在Buffer Pool中的呢？？是一行一行的放还是其它方式存放的？？

  -- 实际上MySql抽象出了一个数据页的概念。MySql把很多条数据都放在同一个数据页中。如下图所示

-- 所以当我们要更新一条数据，首先会找到这行数据所在的数据页，然后从磁盘文件里把这行数据所在的数据页直接加载到Buffer Pool中，如下图

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• 缓存页对应的描述细信息：对于每一个缓存页，它实际都有一个描述信息，这个描述信息大体可以认为是用来描述这个缓存页的，比如包含如下这些信息：这个数据页所属的表空间，数据页编号，这个缓存页在Buffer Pool中的地址以及一些别的信息，所以此时我们看下面的图，Buffer Pool实际看起来长这个样子

-- 这里我们要注意一点，Buffer Pool的描述数据大概相当于缓存页的5%左右，假设你设置的Buffer Pool的大小是128Mb，实际上可能会大一些，因为他里面还要存放信息描述数据

3：如果数据库突然挂了，那么内存中的数据怎么办？？

• 因为我们在更新数据的时候都是在Buffer Pool中操作，这时候更新之后的数据还在Buffer Pool中，还没有刷到磁盘中去，如果这时候MySql挂了，那么内存中的数据就会没有了，那怎么办呢？？ 这就需要MySql的几种日志文件来保证我们的数据不会丢失了

4：从磁盘读取数据页到Buffer Pool的时候，free链表有什么用？？

• 现在我们知道当我们要更新一条数据的时候，首先会去磁盘拿到这条数据所在的数据页，然后将整个数据页加载到Buffer Pool中，我们知道数据页与缓存页是一一对应的，也就是从磁盘读取一个数据页之后，会从Buffer Pool中找到一个空闲的缓存页，然后将数据页放进去，那么现在问题来了，MySql是怎么知道哪些缓存页是空闲的呢？？

• free链表：是一个双向链表，在我们第一次启动MySql的时候，整个Buffer Pool都是空的，所有的缓存页也都是空闲的，这时候，MySql会将所有的空闲的缓存页的描述数据块都放到free这个链表中去，当我们从磁盘中加载数据页的时候，会从旁free链表中拿到一块空闲的缓存页的描述数据块，然后将这个数据页放到缓存页中，最后将这个缓存页从free链表中删除

5：当我们更新Buffer Pool中的数据的时候，flush链表有什么用？？

• 当我们执行增删改操作的时候，如果发现Buffer Pool中没有数据就会从磁盘中加载对应的数据页，然后从free链表中拿到一块空闲的缓存页将数据页放到缓存页中。之后对该数据页中的数据进行操作的时候就直接在Buffer Pool中进行了，这时候你更新了一条数据，那么缓存中的数据与磁盘中的数据就不一致了，这时候就产生了脏页了
• 当产生了脏页之后，MySql需要将这些脏页刷新到磁盘中去。但是我们也不能将所有的缓存页都刷到磁盘中去吧，其实我们只需要把那些被修改过的也就是脏页刷到磁盘就行了，这时候flush链表的作用就体现出来了，只要是被修改过的缓存页，都会被放到一个flush链表中，下次只需要将flush链表中的缓存页刷到磁盘就行了，flush链表整体跟free链表是差不多的

6：如果Buffer Pool满了该怎么办？？Lru链表是做什么的？？

• 我们知道Buffer Pool是有大小限制的，不可能让你无限存数据，如果Buffer Pool满了之后该怎么办？？MySql会把缓存页里被修改过的缓存页刷到磁盘中去，然后这个缓存页就可以清空了，如果被经常访问的缓存页就会被放到Lru链表的头部，所以每次刷盘都是会从Lru链表尾部去刷盘

7：基于冷热数据分离思想设计Lru链表

• Lru链表会被分为二部分，一部分是热数据，一部分是冷数据，这个冷数据的比例是由innodb_old_blocks_pct参数控制的，它默认是37，也就是冷数据占37%

• 数据页第一次被加载到缓存中去的时候，是会被放到冷数据区域的头部，然后在1s之后你继续访问了这个缓存页，那么这个缓存页就会从冷数据区域移到热数据区域的头部

8：Lru链表是如何进行优化的

• 如果在Lru热数据区域头部的几个缓存页经常被访问，那么访问一次就要移动一次，这样会产生一定的消耗，所以MySql设置了如果是热数据区域的后3/4的缓存页被访问了才会将缓存页移动到头部去

9：题外话：MySql预读机制

• MySql在磁盘读取一个数据页的时候，可能会将相邻的数据页都加载到Buffer Pool中去

• MySql什么时候会触发预读机制？？

  • 有一个参数是innodb_read_ahead_threshold,它的默认值是56，也就是如果顺序访问了一个区里的多个数据页，访问的数据页超过这个阈值，此时就会触发预读机制
  • 如果Buffer Pool里缓存了一个区里13个连续的数据页，而且这些数据都是比较频繁被访问到的，此时就会直接触发预读机制