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Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)緩沖池詳解(Buffer pool)

更新時(shí)間：2024年12月25日 10:11:49 作者：明礬java

InnoDB存儲(chǔ)引擎通過(guò)BufferPool緩存數(shù)據(jù)頁(yè)和索引頁(yè),減少磁盤(pán)I/O,提升查詢(xún)性能,BufferPool通過(guò)預(yù)讀和checkpoint機(jī)制優(yōu)化I/O操作和數(shù)據(jù)持久化

Buffer pool的作用

InnoDB 存儲(chǔ)引擎是以頁(yè)為單位來(lái)管理存儲(chǔ)空間的，我們進(jìn)行的增刪改查操作其實(shí)本質(zhì)上都是在訪(fǎng)問(wèn)頁(yè)面（包括讀頁(yè)面、寫(xiě)頁(yè)面、創(chuàng)建新頁(yè)面等操作）。

而磁盤(pán) I/O 需要消耗的時(shí)間很多，而在內(nèi)存中進(jìn)行操作，效率則會(huì)高很多，為了能讓數(shù)據(jù)表或者索引中的數(shù)據(jù)隨時(shí)被我們所用，DBMS 會(huì)申請(qǐng)占用內(nèi)存來(lái)作為數(shù)據(jù)緩沖池，在真正訪(fǎng)問(wèn)頁(yè)面之前，需要把在磁盤(pán)上的頁(yè)緩存到內(nèi)存中的 Buffer Pool 之后才可以訪(fǎng)問(wèn)。

這樣做的好處是可以讓磁盤(pán)活動(dòng)最小化，從而減少與磁盤(pán)直接進(jìn)行 I/O 的時(shí)間。

要知道，這種策略對(duì)提升 SQL 語(yǔ)句的查詢(xún)性能來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

如果索引的數(shù)據(jù)在緩沖池里，那么訪(fǎng)問(wèn)的成本就會(huì)降低很多。

即申請(qǐng)一塊內(nèi)存提前從磁盤(pán)中讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)存，后續(xù)mysql訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)都從Buffer pool 這個(gè)緩沖池里訪(fǎng)問(wèn)，減少了磁盤(pán)IO的次數(shù)，提高查詢(xún)效率。

緩沖池（Buffer Pool）

在 InnoDB 存儲(chǔ)引擎中有一部分?jǐn)?shù)據(jù)會(huì)放到內(nèi)存中，緩沖池則占了這部分內(nèi)存的大部分，它用來(lái)存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)的緩存，由下圖可以看到 InnoDB 緩沖池包括了數(shù)據(jù)頁(yè)、索引頁(yè)、插入緩沖、鎖信息、自適應(yīng) Hash 和數(shù)據(jù)字典信息等。

緩存原則

“位置 * 頻次”這個(gè)原則，可以幫我們對(duì) I/O 訪(fǎng)問(wèn)效率進(jìn)行優(yōu)化。

首先，位置決定效率，提供緩沖池就是為了在內(nèi)存中可以直接訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)。

其次，頻次決定優(yōu)先級(jí)順序。因?yàn)榫彌_池的大小是有限的，比如磁盤(pán)有 200G，但是內(nèi)存只有 16G，緩沖池大小只有 1G，就無(wú)法將所有數(shù)據(jù)都加載到緩沖池里，這時(shí)就涉及到優(yōu)先級(jí)順序，會(huì)優(yōu)先對(duì)使用頻次高的熱數(shù)據(jù)進(jìn)行加載。

緩沖池的預(yù)讀特性

緩沖池的作用就是提升 I/O 效率，而我們進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候存在一個(gè)“局部性原理”，也就是說(shuō)我們使用了一些數(shù)據(jù)，大概率還會(huì)使用它周?chē)囊恍?shù)據(jù)，因此采用“預(yù)讀”的機(jī)制提前加載，可以減少未來(lái)可能的磁盤(pán) I/O 操作。

緩沖池如何讀取數(shù)據(jù)

緩沖池管理器會(huì)盡量將經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)保存起來(lái)，在數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行頁(yè)面讀操作的時(shí)候，首先會(huì)判斷該頁(yè)面是否在緩沖池中，如果存在就直接讀取，如果不存在，就會(huì)通過(guò)內(nèi)存或磁盤(pán)將頁(yè)面存放到緩沖池中再進(jìn)行讀取。

緩存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的結(jié)構(gòu)和作用如下圖所示：

mysql通過(guò)存儲(chǔ)引擎讀取到緩沖池，再?gòu)木彌_池讀取數(shù)據(jù)，緩沖池就是媒介。

如果我們執(zhí)行 SQL 語(yǔ)句的時(shí)候更新了緩存池中的數(shù)據(jù)，那么這些數(shù)據(jù)會(huì)馬上同步到磁盤(pán)上嗎？

實(shí)際上，當(dāng)我們對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄進(jìn)行修改的時(shí)候，首先會(huì)修改緩沖池中頁(yè)里面的記錄信息，然后數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)以一定的頻率刷新到磁盤(pán)中。注意并不是每次發(fā)生更新操作，都會(huì)立即進(jìn)行磁盤(pán)回寫(xiě)。

緩沖池會(huì)采用一種叫做checkpoint的機(jī)制 將數(shù)據(jù)回寫(xiě)到磁盤(pán)上，這樣做的好處就是提升了數(shù)據(jù)庫(kù)的整體性能。

比如，當(dāng)緩沖池不夠用時(shí)，需要釋放掉一些不常用的頁(yè)，此時(shí)就可以強(qiáng)行采用checkpoint的方式，將不常用的臟頁(yè)回寫(xiě)到磁盤(pán)上，然后再?gòu)木彺娉刂袑⑦@些頁(yè)釋放掉。

這里的臟頁(yè) (dirty page) 指的是緩沖池中被修改過(guò)的頁(yè)，與磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)頁(yè)不一致。