MySQL的Buffer Pool

设想一下,每次执行一条修改数据库的SQL,数据库都将修改刷新到磁盘,而这些操作是随机IO,效率是非常低的,想想是不是很可怕。而且MySQL以页(每页大小16KB)的形式管理数据,每次都刷新一页的数据到磁盘,如果修改就刷新一个页,后果更可怕。

存储器的层次结构

上面这张图是存储器的层次结构,磁盘和网络IO最下面两层,我们肯定是不希望经常和他们打交道的。因此,这个时候就需要内存出马了,能不能先缓存一下,统一从缓存刷新到磁盘。

缓存的好处显而易见,如果缓存足够大,我们完全可以把所有的数据都存储在缓存中,但是磁盘的空间通常比缓存要大一个量级,所以我们不可能缓存所有数据,那么问题来了,缓存用完了怎么办?是不是要淘汰?就像家里的衣柜放不下了,你得整理整理,那你是怎么整理呢,把近期不用的先收起来,比如冬天时就把夏天的衣服收起来。这就是传说中的LRU,LRU是Least Recently Used的缩写,即最近最少使用策略。在数据结构与算法中,我们知道LRU一般都是用链表实现的,每次使用到的最新的数据放在链表头部,那些没被用到的就慢慢退回到末尾,等到链表空间不足时,尾部的先被淘汰,缓存就这样不断迭代。是不是还挺简单的。

Talk is easy, show me the money.

But,稍等一下,假设在这样的场景下,MsSQL一次查询执行了全表扫描,或者加载了很多页到内存(参考一条SQL的执行),如果这些页以后再也用不到,把他们放在链表头部,就把那些会被再次使用的页挤走了,导致重新磁盘IO,效率低下,这是不是很尴尬,那么MySQL如何解决呢?

MySQL的解法甚是巧妙,将链表一分为二,而且还不是均分。MySQL把链表分为老年代和新生代(是不是很熟悉),不过新生代是那些经常被使用的,也就是后浪们,老年代是那些很久没被使用的,就是我们这些前浪。他们大小是5/3开,如下图所示:


buffer pool结构

官方文档地址:https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-buffer-pool.html  

新生代和老年代分别有头和尾。新生代头部是经常使用的缓存,而老年代的头部是那些初次加载到内存的页,当我们新读取一个页的时候,不会放到链表的头部,而是链表的中后部,也就是老年代的头部,当他再次被访问时就被提到新生代的头部了。这样就解决了那些一次性读取大量页挤压常用缓冲页的问题了。

是不是有点意思,One more thing,如果一次扫描很多页,并且多次访问,我们知道第一次访问放到新老年代的头部,那么第二次呢,是不是有直接跑到链表的头部了,聪明的MySQL设计者想到了一个办法,他们定义了一个间隔,在这个间隔内的访问都认为是一次访问,这个间隔默认是1s,你也可以修改,不过我认为你也没有必要修改,这样短时间大量访问也不会大量更新缓存。

这就是MySQL buffer pool巧妙的地方,有点奇技淫巧,但都是为了拥抱变化,值得我们学习的设计思想。

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