mysql 学习--Change Buffer和flush

一、Change Buffer

对于读请求，缓冲池(buffer pool)能够减少磁盘IO，提升性能。问题来了，那写请求呢？

Change Buffer的处理过程

对非唯一的普通索引的新增或更新操作，如果索引B+树的需要新增或更新的数据页不在内存中，则直接更新change buffer，等到后面需要使用这个数据页（真正读到内存中来）的时候，再根据change buffer在内存中做merge合并操作。

当需要更新一个数据页时，如果数据页在内存中就直接更新，而如果这个数据页还没有在内存中的话，在不影响数据一致性的前提下，InooDB会将这些更新操作缓存在change buffer中，这样就不需要从磁盘中读入这个数据页了。

在下次查询需要访问这个数据页的时候，将数据页读入内存，然后执行change buffer中与这个页有关的操作，通过这种方式就能保证这个数据逻辑的正确性。

需要说明的是，虽然名字叫作change buffer，实际上它是可以持久化的数据。也就是说，change buffer在内存中有拷贝，也会被写入到磁盘上。

将change buffer中的操作应用到原数据页，得到最新结果的过程称为merge。

除了访问这个数据页会触发merge外，系统有后台线程会定期merge。在数据库正常关闭（shutdown）的过程中，也会执行merge操作。

显然，如果能够将更新操作先记录在change buffer，减少读磁盘，语句的执行速度会得到明显的提升。而且，数据读入内存是需要占用buffer pool的，所以这种方式还能够避免占用内存，提高内存利用率

那么，什么条件下可以使用change buffer呢？

对于唯一索引来说，所有的更新操作都要先判断这个操作是否违反唯一性约束。

要判断表中是否存在这个数据，而这必须要将数据页读入内存才能判断，如果都已经读入到内存了，那直接更新内存会更快，就没必要使用change buffer了。

因此，唯一索引的更新就不能使用change buffer，实际上也只有普通索引可以使用。

change buffer用的是buffer pool里的内存，因此不能无限增大，change buffer的大小，可以通过参数innodb_change_buffer_max_size来动态设置，这个参数设置为50的时候，表示change buffer的大小最多只能占用buffer pool的50%。

将数据从磁盘读入内存涉及随机IO的访问，是数据库里面成本最高的操作之一，change buffer因为减少了随机磁盘访问，所以对更新性能的提升是会很明显的。

change buffer的使用场景

因为merge的时候是真正进行数据更新的时刻，而change buffer的主要目的就是将记录的变更动作缓存下来，所以在一个数据页做merge之前，change buffer记录的变更越多（也就是这个页面上要更新的次数越多），收益就越大。

因此，对于写多读少的业务来说，页面在写完以后马上被访问到的概率比较小，此时change buffer的使用效果最好，这种业务模型常见的就是账单类、日志类的系统。

反过来，假设一个业务的更新模式是写入之后马上会做查询，那么即使满足了条件，将更新先记录在change buffer，但之后由于马上要访问这个数据页，会立即触发merge过程。这样随机访问IO的次数不会减少，反而增加了change buffer的维护代价，所以，对于这种业务模式来说，change buffer反而起到了副作用。

上述原理，对应InnoDB里哪些参数？

有两个比较重要的参数。

参数：innodb_change_buffer_max_size

介绍：配置写缓冲的大小，占整个缓冲池的比例，默认值是25%，最大值是50%。

画外音：写多读少的业务，才需要调大这个值，读多写少的业务，25%其实也多了。

参数：innodb_change_buffering

介绍：配置哪些写操作启用写缓冲，可以设置成all/none/inserts/deletes等。

二、flush

redo log大家都知道，也就是我们对数据库操作的日志，他是在内存中的，每次操作一旦写了redo log就会立马返回结果，但是这个redo log总会找个时间去更新到磁盘，这个操作就是flush。

在更新之前，当内存数据页跟磁盘数据页内容不一致的时候，我们称这个内存页为“脏页”。

内存数据写入到磁盘后，内存和磁盘上的数据页的内容就一致了，称为“干净页“。

那什么时候会flush呢？

1. InnoDB的redo log写满了，这时候系统会停止所有更新操作，把checkpoint往前推进，redo log留出空间可以继续写。

2. 系统内存不足，当需要新的内存页，而内存不够用的时候，就要淘汰一些数据页，空出内存给别的数据页使用。如果淘汰的是“脏页”，就要先将脏页写到磁盘。

你一定会说，这时候难道不能直接把内存淘汰掉，下次需要请求的时候，从磁盘读入数据页，然后拿redo log出来应用不就行了？

这里其实是从性能考虑的，如果刷脏页一定会写盘，就保证了每个数据页有两种状态：

• 一种是内存里存在，内存里就肯定是正确的结果，直接返回；

• 另一种是内存里没有数据，就可以肯定数据文件上是正确的结果，读入内存后返回。这样的效率最高。

1. MySQL认为系统“空闲”的时候，只要有机会就刷一点“脏页”。

2. MySQL正常关闭，这时候，MySQL会把内存的脏页都flush到磁盘上，这样下次MySQL启动的时候，就可以直接从磁盘上读数据，启动速度会很快。

那我们怎么做才能把握flush的时机呢？

Innodb刷脏页控制策略，我们每个电脑主机的io能力是不一样的，你要正确地告诉InnoDB所在主机的IO能力，这样InnoDB才能知道需要全力刷脏页的时候，可以刷多快。

这就要用到innodb_io_capacity这个参数了，它会告诉InnoDB你的磁盘能力，这个值建议设置成磁盘的IOPS，磁盘的IOPS可以通过fio这个工具来测试。

正确地设置innodb_io_capacity参数，可以有效的解决这个问题。

这中间有个有意思的点，刷脏页的时候，旁边如果也是脏页，会一起刷掉的，并且如果周围还有脏页，这个连带责任制会一直蔓延，这种情况其实在机械硬盘时代比较好，一次IO就解决了所有问题，

但是现在都是固态硬盘了，innodb_flush_neighbors=0这个参数可以不产生连带制，在MySQL 8.0中，innodb_flush_neighbors参数的默认值已经是0了。