一、前言

在當今的各種系統中，快取是對系統效能優化的重要手段。MySQL Query Cache(MySQL查詢快取)在MySQL Server中是預設開啟的，但是網上各種資料以及有經驗的DBA都建議生產環境中把MySQL Query Cache關閉。按道理，MySQL Server預設開啟，是鼓勵使用者使用快取，但是大拿們卻建議關閉此功能，並且國內各個雲廠商提供的MySQL雲服務中預設都是關閉這個功能，這是為什麼？他們在使用中遇到了什麼坑？本文將會從以下幾方面來詳解MySQL Query Cache。1.MySQL查詢快取是什麼？2. MySQL快取規則是什麼？3. 如何配置和快取MySQL快取4. MySQL快取的優缺點5. 生產要不要開啟MySQL快取

二、 MySQL查詢快取簡介

MySQL查詢快取是MySQL中比較獨特的一個快取區域，用來快取特定Query的整個結果集資訊，且共享給所有客戶端。為了提高完全相同的Query語句的響應速度，MySQL Server會對查詢語句進行Hash計算後，把得到的hash值與Query查詢的結果集對應存放在Query Cache中。當MySQL Server開啟Query Cache之後，MySQL Server會對接收到的每一個SELECT 語句通過特定的Hash演算法計算該Query的Hash值，然後通過該hashi值到Query Cache中去匹配。

• 如果沒有匹配，將這個hash值存放在一個hash連結串列中，並將Query的結果集存放到cache中，存放hashi值連結串列的每個hash節點存放了相應Quey結果集在cache中的地址，以及該query所涉及到一些table相關資訊；
• 如果通過hash值匹配到了一樣的Query，則直接將cache中相應的Query結果集返回給客戶端。

目前MySQL Query Cache只會cache select語句，其他類似show ，use的語句不會被cache MySQL 的每個Query Cache都是以SQL文字作為key來儲存的，在應用Query Cache之前，SQL文字不會做任何處理。也就是說，兩個SQL語句，只要相差哪怕一個字元(例如大小寫不一樣，多一個空格，多註釋)，那麼這兩個SQL將使用不同的Cache地址。如: 下面三條SQL將會被儲存在三個不同的快取裡，雖然他們的結果都是一樣的。select * FROM people where name=`surfchen`; select * FROM people where /*hey~*/ name=`surfchen`; SELECT * FROM people where name=`surfchen`;

三、MySQL快取機制

MySQL快取機制簡單的說就是快取sql文字及查詢結果，如果執行相同的SQL，伺服器直接從快取中取到結果，而不需要再去解析和執行SQL。如果表更改了，那麼使用這個表的所有快取查詢將不再有效，查詢快取中值相關條目被清空。這裡的更改指的是表中任何資料或是結構發生改變，包括INSERT、UPDATE、 DELETE、TRUNCATE、ALTER TABLE、DROP TABLE或DROP DATABASE等，也包括那些對映到改變了的表使用MERGE表的查詢。顯然，這對於頻繁更新的表，查詢快取是不適合的，而對於一些不常改變資料且有大量相同SQL查詢的表，查詢快取會節約很大的效能。

查詢必須是完全相同(逐位元組相同)才能夠被認為是相同的。另外，同樣的查詢字串由於其它原因可能認為是不同的。使用不同的資料庫、不同的協議版本或者不同 預設字符集的查詢被認為是不同的查詢並且分別進行快取。

需要注意的是MySQL Query Cache 是對大小寫敏感的，因為Query Cache 在記憶體中是以 HASH 結構來進行對映，HASH 演算法基礎就是組成 SQL 語句的字元，所以 任何SQL語句的改變重新cache. 

3.1 快取規則

• 開啟了快取，MySQL Server會自動將查詢語句和結果集返回到記憶體，下次再查直接從記憶體中取；
• 快取的結果是通過sessions共享的，所以一個client查詢的快取結果，另一個client也可以使用
• MySQL Query Cache內容為 select 的結果集, cache 使用完整的SQL字串做 key, 並區分大小寫，空格等。即兩個SQL必須完全一致才會導致cache命中。即檢查查詢快取時，MySQL Server不會對SQL做任何處理，它精確的使用客戶端傳來的查詢，只要字元大小寫或註釋有點不同，查詢快取就認為是不同的查詢；
• prepared statement永遠不會cache到結果，即使引數完全一樣。在 5.1 之後會得到改善。
• where條件中如包含任何一個不確定的函式將永遠不會被cache, 比如current_date, now等。
• date 之類的函式如果返回是以小時或天級別的，最好先算出來再傳進去。

select * from foo where date1=current_date -- 不會被 cache
select * from foo where date1=`2008-12-30` -- 被cache, 正確的做法

• 太大的result set不會被cache (< query_cache_limit)
• MySQL快取在分庫分表環境下是不起作用的
• 執行SQL裡有觸發器,自定義函式時，MySQL快取也是不起作用的

3.2 快取失效

• 在表的結構或資料發生改變時，查詢快取中的資料不再有效。如INSERT、UPDATE、 DELETE、TRUNCATE、ALTER TABLE、DROP TABLE或DROP DATABASE會導致快取資料失效。所以查詢快取適合有大量相同查詢的應用，不適合有大量資料更新的應用。
• 一旦表資料進行任何一行的修改，基於該表相關cache立即全部失效。

3.3 手動清理快取手動清理快取可以使用下面三個SQL

• FLUSH QUERY CACHE； #清理查詢快取記憶體碎片
• RESET QUERY CACHE；#從查詢快取中移除所有查詢
• FLUSH TABLES； #關閉所有開啟的表，同時該操作會清空查詢快取中的內容

3.4 快取機制中的記憶體管理MySQL Query Cache 使用記憶體池技術，自己管理記憶體釋放和分配，而不是通過作業系統。記憶體池使用的基本單位是變長的block, 用來儲存型別、大小、資料等資訊；一個result set的cache通過連結串列把這些block串起來。block最短長度為query_cache_min_res_unit。

當伺服器啟動的時候，會初始化快取需要的記憶體，是一個完整的空閒塊。當查詢結果需要快取的時候，先從空閒塊中申請一個資料塊為引數query_cache_min_res_unit配置的空間，即使快取資料很小，申請資料塊也是這個，因為查詢開始返回結果的時候就分配空間，此時無法預知結果多大。

分配記憶體塊需要先鎖住空間塊，所以操作很慢，MySQL會盡量避免這個操作，選擇儘可能小的記憶體塊，如果不夠，繼續申請，如果儲存完時有空餘則釋放多餘的。

但是如果併發的操作，餘下的需要回收的空間很小，小於query_cache_min_res_unit，不能再次被使用，就會產生碎片。如圖：

四、MySQL快取發揮作用的情況

1、查詢快取可以降低查詢執行的時間，但是卻不能減少查詢結果傳輸的網路消耗，如果網路傳輸消耗是整個查詢過程的主要瓶頸，那麼查詢快取的作用也很小。

2、對於那些需要消耗大量資源的查詢通常都是非常適合快取的，對於複雜的SELECT語句都可以使用查詢快取，不過需要注意的是，涉及表上的UPDATE、DELETE、INSERT操作相比SELECT來說要非常少才行。

3、查詢快取命中率：Qcache_hits/(Qcahce_hits+Com_select)，查詢快取命中率多大才是好的命中率，需要具體情況具體分析。只要查詢快取帶來的效率提升大於查詢快取帶來的額外消耗，即使30%的命中率也是值得。另外，快取了哪些查詢也很重要，如果被快取的查詢本身消耗巨大，那麼即使快取命中率低，對系統效能提升仍然是有好處的。

4、任何SELECT語句沒有從查詢快取中返回都稱為“快取未命中”，以如下列情況：

• 查詢語句無法被快取，可能因為查詢中包含一個不確定的函式，或者查詢結果太大而無法快取。
• MySQL從未處理這個查詢，所以結果也從不曾被快取過。
• 雖然之前快取了查詢結果，但由於查詢快取的記憶體用完了，MYSQL需要刪除某些快取，或者由於資料表被修改導致快取失效。

如果伺服器上有大量快取快取未命中，但是實際上絕大查詢都被快取了，那麼一定是有如下情況發生：

• 查詢快取還沒有完成預熱，即MySQL還沒有機會將查詢結果都快取起來。
• 查詢語句之前從未執行過。如果應用程式不會重複執行一條查詢語句，那麼即使完成預熱仍然會有很多快取未命中。
• 快取失效操作太多，快取碎片、記憶體不足、資料修改都會造成快取失效。可以通過引數Com_*來檢視資料修改的情況（包括Com_update，Com_delete等），還可以通過Qcache_lowmem_prunes來檢視有多少次失效是由於記憶體不足導致的。

5、有一個直觀的方法能夠反映查詢快取是否對系統有好處，推薦一個指標：”命中和寫入“的比率，即Qcache_hits和Qcache_inserts的比值。根據經驗來看，當這個比值大於3：1時通常查詢快取是有效的，如果能達到10：1最好。

6、通常可以通過觀察查詢快取記憶體的實際使用情況Qcache_free_memory，來確定是否需要縮小或者擴大查詢快取。

五、MySQL快取管理和配置

5.1 MySQL快取相關的配置引數

mysql> show variables like `%query_cache%`;
+------------------------------+---------+
| Variable_name                | Value   |
+------------------------------+---------+
| have_query_cache             | YES     |      --查詢快取是否可用
| query_cache_limit            | 1048576 |      --可快取具體查詢結果的最大值
| query_cache_min_res_unit     | 4096    |      --查詢快取分配的最小塊的大小(位元組)
| query_cache_size             | 599040  |      --查詢快取的大小
| query_cache_type             | ON      |      --是否支援查詢快取
| query_cache_wlock_invalidate | OFF     |      --控制當有寫鎖加在表上的時候，是否先讓該表相關的 Query Cache失效
+------------------------------+---------+
6 rows in set (0.02 sec)

• have_query_cache

該MySQL Server是否支援Query Cache。

• query_cache_limit

MySQL能夠快取的最大查詢結果，查詢結果大於該值時不會被快取。預設值是1048576(1MB)如果某個查詢的結果超出了這個值，Qcache_not_cached的值會加1，如果某個操作總是超出，可以考慮在SQL中加上SQL_NO_CACHE來避免額外的消耗。

• query_cache_min_res_unit

查詢快取分配的最小塊的大小(位元組)。 預設值是4096(4KB)。當查詢進行的時候，MySQL把查詢結果儲存在qurey cache中，但如果要儲存的結果比較大，超過query_cache_min_res_unit的值 ，這時候mysql將一邊檢索結果，一邊進行儲存結果，所以，有時候並不是把所有結果全部得到後再進行一次性儲存，而是每次分配一塊query_cache_min_res_unit大小的記憶體空間儲存結果集，使用完後，接著再分配一個這樣的塊，如果還不不夠，接著再分配一個塊，依此類推，也就是說，有可能在一次查詢中，mysql要進行多次記憶體分配的操作。適當的調節query_cache_min_res_unit可以優化記憶體如果你的查詢結果都是一些small result,預設的query_cache_min_res_unit可能會造成大量的記憶體碎片如果你的查詢結果都是一些larger resule，你可以適當的把query_cache_min_res_unit調大

• query_cache_size

為快取查詢結果分配的記憶體的數量，單位是位元組，且數值必須是1024的整數倍。預設值是0，即禁用查詢快取。請注意如果設定了該值，即使query_cache_type設定為0也將分配此數量的記憶體。

• query_cache_type

設定查詢快取型別，預設為ON。設定GLOBAL值可以設定後面的所有客戶端連線的型別。客戶端可以設定SESSION值以影響他們自己對查詢快取的使用。下面的表顯示了可能的值：

• query_cache_wlock_invalidate

如果某個表被鎖住，是否返回快取中的資料，預設關閉，也是建議的。一般情況，當客戶端對MyISAM表進行WRITE鎖定時，如果查詢結果位於查詢快取中，則其它客戶端未被鎖定，可以對該表進行查詢。將該變數設定為1，則可以對錶進行WRITE鎖定，使查詢快取內所有對該表進行的查詢變得非法。這樣當鎖定生效時，可以強制其它試圖訪問表的客戶端來等待。

5.2 開啟關閉快取

• 開啟快取

mysql> set global query_cache_size = 600000; --設定快取記憶體大小
mysql> set global query_cache_type = ON;     --開啟查詢快取

• 關閉快取

mysql> set global query_cache_size = 0; --設定快取記憶體大小為0， 即初始化是不分配快取記憶體
mysql> set global query_cache_type = OFF;     --關閉查詢快取

set global時需要有SUPER許可權

六、MySQL Query Cache對效能的影響

6.1 MySQL Query Cache的額外開銷

如上圖所示: 在MySQL Server中開啟Query Cache對資料庫的讀和寫都會帶來額外的消耗:

• 1) 讀查詢開始之前必須檢查是否命中快取。
• 2) 如果讀查詢可以快取，那麼執行完查詢操作後，會查詢結果和查詢語句寫入快取。
• 3) 當向某個表寫入資料的時候，必須將這個表所有的快取設定為失效，如果快取空間很大，則消耗也會很大，可能使系統僵死一段時間，因為這個操作是靠全域性鎖操作來保護的。
• 4) 對InnoDB表，當修改一個表時，設定了快取失效，但是多版本特性會暫時將這修改對其他事務遮蔽，在這個事務提交之前，所有查詢都無法使用快取，直到這個事務被提交，所以長時間的事務，會大大降低查詢快取的命中

6.2 MySQL Query Cache碎片優化如上圖所示， 沒有什麼辦法能夠完全避免碎片，但是選擇合適的query_cache_min_res_unit可以幫你減少由碎片導致的記憶體空間浪費。這個值太小，則浪費的空間更少，但是會導致頻繁的記憶體塊申請操作；如果設定得太大，那麼碎片會很多。調整合適的值其實是在平衡記憶體浪費和CPU消耗。可以通過記憶體實際消耗（query_cache_size – Qcache_free_memory）除以Qcache_queries_in_cahce計算單個查詢的平均快取大小。可以通過Qcahce_free_blocks來觀察碎片。

通過FLUSH_QUERY_CAHCE完成碎片整理，這個命令將所有的查詢快取重新排序，並將所有的空閒空間都聚焦到查詢快取的一塊區域上。

6.3 MySQL快取狀態檢視

mysql> SHOW STATUS LIKE `Qcache%`;
+-------------------------+--------+
| Variable_name           | Value  |
+-------------------------+--------+
| Qcache_free_blocks      | 1      | ----在查詢快取中的閒置塊，如果該值比較大，則說明Query Cache中的記憶體碎片可能比較多。FLUSH QUERY CACHE會對快取中的碎片進行整理，從而得到一個較大的空閒記憶體塊。
| Qcache_free_memory      | 382704 | ----剩餘快取的大小
| Qcache_hits             | 198    | ----快取命中次數
| Qcache_inserts          | 131    | ----快取被插入的次數，也就是查詢沒有命中的次數。
| Qcache_lowmem_prunes    | 0      | ----由於記憶體低而被刪除掉的快取條數，如果這個數值在不斷增長，那麼一般是Query Cache的空閒記憶體不足（通過Qcache_free_memory判斷），或者記憶體碎片較嚴重（通過Qcache_free_blocks判斷）。
| Qcache_not_cached       | 169    | ----沒有被快取的條數，有三種情況會導致查詢結果不會被快取：其一，由於query_cache_type的設定；其二，查詢不是SELECT語句；其三，使用了now()之類的函式，導致查詢語句一直在變化。
| Qcache_queries_in_cache | 128    | ----快取中有多少條查詢語句
| Qcache_total_blocks     | 281    | ----總塊數
+-------------------------+--------+
8 rows in set (0.00 sec)

6.4 Query Cache碎片率Query Cache碎片率 = Qcache_free_blocks / Qcache_total_blocks * 100%

如果Query Cache碎片率超過20%，則可以用FLUSH QUERY CACHE整理記憶體碎片；如果你的查詢都是小資料量的話，可以嘗試減小query_cache_min_res_unit。

6.5 Query Cache利用率Query Cache利用率 = (query_cache_size – Qcache_free_memory) / query_cache_size * 100%

Query Cache利用率在25%以下的話，說明query_cache_size設定的過大，可適當減小；Query Cache利用率在80%以上，而且Qcache_lowmem_prunes > 50的話，說明query_cache_size可能有點小，或者就是記憶體碎片太多。

6.6 Query Cache命中率

• 可快取查詢的Query Cache命中率 = Qcache_hits / (Qcache_hits + Qcache_inserts) * 100%
• 涵蓋所有查詢的Query Cache命中率 = Qcache_hits / (Qcache_hits + Com_select) * 100%

若命中率在50-70%的範圍之內，則表明Query Cache的快取效率較高。如果命中率明顯小於50%，那麼建議禁用（將query_cache_type設定為0(OFF)）或按需使用（將query_cache_type設定為2(DEMAND)）Query Cache，節省的記憶體可以用作InnoDB的緩衝池。

6.7 如何判斷Query Cache是空閒記憶體不足，還是記憶體碎片太多?如果Qcache_lowmem_prunes值比較大，表示Query Cache的記憶體空間大小設定太小，需要增大。

如果Qcache_free_blocks值比較大，表示記憶體碎片較多，需要使用FLUSH QUERY CACHE語句清理記憶體碎片。

6.8 系統變數query_cache_min_res_unit應當設定為多大？query_cache_min_res_unit的計算公式如下所示：

query_cache_min_res_unit = (query_cache_size – Qcache_free_memory) / Qcache_queries_in_cache

其中，一般不建議將Query Cache的大小（也就是query_cache_size系統變數）設定超過256MB。

七、MySQL Query Cache優缺點

7.1. 優點Query Cache的查詢，發生在MySQL接收到客戶端的查詢請求、查詢許可權驗證之後和查詢SQL解析之前。也就是說，當MySQL接收到客戶端的查詢SQL之後，僅僅只需要對其進行相應的許可權驗證之後，就會通過Query Cache來查詢結果，甚至都不需要經過Optimizer模組進行執行計劃的分析優化，更不需要發生任何儲存引擎的互動。由於Query Cache是基於記憶體的，直接從記憶體中返回相應的查詢結果，因此減少了大量的磁碟I/O和CPU計算，導致效率非常高。

7.2. 缺點Query Cache的優點很明顯，但是也不能忽略它所帶來的一些缺點：

• 查詢語句的hash計算和hash查詢帶來的資源消耗。如果將query_cache_type設定為1（也就是ON），那麼MySQL會對每條接收到的SELECT型別的查詢進行hash計算，然後查詢這個查詢的快取結果是否存在。雖然hash計算和查詢的效率已經足夠高了，一條查詢語句所帶來的開銷可以忽略，但一旦涉及到高併發，有成千上萬條查詢語句時，hash計算和查詢所帶來的開銷就必須重視了。
• Query Cache的失效問題。如果表的變更比較頻繁，則會造成Query Cache的失效率非常高。表的變更不僅僅指表中的資料發生變化，還包括表結構或者索引的任何變化。
• 查詢語句不同，但查詢結果相同的查詢都會被快取，這樣便會造成記憶體資源的過度消耗。查詢語句的字元大小寫、空格或者註釋的不同，Query Cache都會認為是不同的查詢（因為他們的hash值會不同）。
• 相關係統變數設定不合理會造成大量的記憶體碎片，這樣便會導致Query Cache頻繁清理記憶體。

八、 生產如何設定MySQL Query Cache

MySQL中的Query Cache是一個適用較少情況的快取機制。如上圖所示，如果快取命中率非常高的話，有測試表明在極端情況下可以提高效率238%。但實際情況如何？Query Cache有如下規則，如果資料表被更改，那麼和這個資料表相關的全部Cache全部都會無效，並刪除之。這裡“資料表更改”包括: INSERT, UPDATE, DELETE, TRUNCATE, ALTER TABLE, DROP TABLE, or DROP DATABASE等。舉個例子，如果資料表posts訪問頻繁，那麼意味著它的很多資料會被QC快取起來，但是每一次posts資料表的更新，無論更新是不是影響到了cache的資料，都會將全部和posts表相關的cache清除。如果你的資料表更新頻繁的話，那麼Query Cache將會成為系統的負擔。有實驗表明，糟糕時，QC會降低系統13%的處理能力。

如果你的應用對資料庫的更新很少，那麼QC將會作用顯著。比較典型的如部落格系統，一般部落格更新相對較慢，資料表相對穩定不變，這時候QC的作用會比較明顯。

但是一個更新頻繁的BBS系統。下面是一個實際執行的論壇資料庫的狀態引數：QCache_hit 5280438QCache_insert 8008948Qcache_not_cache 95372Com select 8104159可以看到，資料庫一共往Query Cache中寫入了約800W次快取，但是實際命中的只有約500W次。也就是說，每一個快取的使用率約為0.66次。很難說，該快取的作用是否大於Query Cache系統所帶來的開銷。但是有一點是很肯定的，Query Cache快取的作用是很微小的，如果應用層能夠實現快取，將可以忽略Query Cache的效果。

所以，如果經常有更新的系統，想要獲得較高tps的話，建議一開始就關閉Query Cache

九、 查詢快取的替代方案MySQL查詢快取工作的原則是：執行查詢最快的方式就是不去執行，但是查詢仍然需要傳送到伺服器端，伺服器也還需要做一點點工作，如果對於某些查詢完全不需要與伺服器通訊效果會如何呢，這時客戶端快取可以很大程度上分擔MySQL伺服器的壓力。

參考檔案

啟用MySQL查詢快取MySQL查詢快取設定提高MySQL查詢效能MySQL快取之Qcache與buffer pool對比Mysql快取技術線上環境到底要不要開啟query cache《高效能MySQL》讀書筆記－－查詢快取

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