InnoDB的Buffer Pool

缓存的重要性

由于磁盘和内存之间的读写速度差距，当需要访问某个页中的数据的时候，就会把完整的页加载到内存中，在页被使用完之后，并不急着把页对应的内存空间释放掉，而是将页缓存起来，以待下次访问，就可以省去磁盘IO了

什么是Buffer Pool?

为了缓存磁盘中的页，MySQL在内存中开辟了一片连续的空间，叫做Buffer Pool，Buffer Pool中缓存页的大小也为16k，为了更好的管理这些缓存页，MySQL为每个缓存页创建了一个控制块，每个控制块记录着该页一些控制信息（表空间编号，页号，缓存页在Buffer Pool中的地址，链表节点信息等）

free链表

Buffer Pool是用来缓存页的，MySQL运行过程中，会将页加载到内存中，怎么知道加载进来的页该放在哪个位置呢？怎么知道哪块内存空间是空闲的呢？

可以使用链表来进行管理，MySQL刚启动的时候，所有的缓存页都是空闲的，可以将所有的空闲缓存页的控制块由一个链表串联起来，称为free链表，当从磁盘加载页的时候，可以从free链表中找到一个空闲的控制块，然后把磁盘中页的信息填写到控制块中，然后将这个控制块从free链表中移除，即代表缓存页已分配给该页

缓存页的hash处理

Buffer Pool中有这么多的缓存页，当我们要访问我们需要的页的时候，怎么知道它在不在Buffer Pool中呢？可以通过哈希表来进行管理：表空间编号+页号作为key，缓存页作为value，如果在Buffer Pool中找到需要的缓存页则直接使用，否则将磁盘页加载到Buffer Pool中

flush链表

当修改某个缓存页之后，不是立即刷盘的，否则会产生大量的IO，而是等到一个合适的时间刷盘，但是如果不立即刷盘，怎么知道哪些页是脏页呢？可以创建一个管理脏页的链表，称为flush链表，flush链表由脏页的控制块串联而成

划分区域的LRU链表

Buffer Pool是内存空间，内存容量是有限的，所以当空间不够的时候，就要淘汰掉某些页，可以使用LRU算法来进行管理，但是普通的LRU算法肯定是不行的，因为会存在以下问题：

• InnoDB提供了预读功能，InnoDB认为当前请求可能之后会读取某些页面，就会预先把它加载到Buffer Pool

  • 线性预读

    如果顺序访问某个区的页面超过了某个阈值，就会触发线性预读，异步的读取下一个区中的全部页面到Buffer Pool中

  • 随机预读

    如果Buffer Pool中已经缓存了某个区中13个连续的页面，会触发随机预读，读取本区的所有页面到Buffer Pool中

  如果这些预读的页用到了，能够提高效率，如果没有用到，这些预读的页都会放到LRU链表头部，那么尾部的页很快就会被淘汰，造成了劣币驱逐良币的现象，降低了缓存命中率

• 全表扫描：全表扫描会访问该表所在的所有的页，那么这些页都会被读取到Buffer Pool中，如果表很大，则页很多，那么Buffer Pool相当于一次大换血，严重影响了其他请求对Buffer Pool的使用，降低了缓存命中率

所以MySQL将LRU链表划分了区域，前面一部分为热数据，称为young区域，后面一部分为冷数据，称为old区域，old区域大约占3/8，并且针对上述情况进行优化LRU算法：

• 针对预读的页面可能不被访问

  当磁盘页初次加载到Buffer Pool中，该页的控制块会被放到old区域头部，减少对young区域中热数据的影响

• 针对全表扫描，短时间访问大量使用率低的页

  在第一次访问某个old区域的页时，在它的控制块中记录访问时间，如果后续的访问的时间在某个时间间隔内，该页面的控制块不会被移到young区域