【MySQL】Insert buffer 漫談

 我們知道在進行插入操作時，資料頁的存放還是按主鍵id的執行順序存放， 但是對於非聚集索引，葉子節點的插入不再是順序的了。
例如,對於如下表結構進行insert操作
create table tab ( 
  id int auto_increment, 
  name varchar(30),
  primary key (id),
  key(name)
 ) engine=innodb  default charset=utf8;
nanme 為非唯一欄位，這時就需要離散地訪問非聚集索引頁，插入效能在這裡變低了。然而這並不是這個name欄位上索引的錯誤，因為B+樹的特性決定了非聚集索引插入的離散性。
為了解決非聚族索引的隨機寫效能差,InnoDB 儲存引擎開發了 innsert-buffer pool (5.5 中做了加強,稱之為 change buffer pool)

一 什麼是 innsert-buffer pool
innodb使用insert buffer"欺騙"資料庫:對於為非唯一索引，輔助索引的修改操作並非實時更新索引的葉子頁,而是把若干對同一頁面的更新快取起來做合併為一次性更新操作,轉化隨機IO 為順序IO,這樣可以避免隨機IO帶來效能損耗，提高資料庫的寫效能。
1.1 原理:
   a 先判斷要更新的這一頁在不在記憶體中。
   b 如果不在,則讀取index page 存入Insert Buffer，按照Master Thread的排程規則來合併非唯一索引和索引頁中的葉子結點.

1.2 Master Thread的排程規則
  a 主動merger[innodb主執行緒定期完成，使用者執行緒無感知]
    主動merger：
    原理:主動merge透過innodb主執行緒(svr_master_thread）判斷：若過去1s之內發生的I/O小於系統I/O能力的5%，
        則主動進行一次insert buffer的meger操作。meger的頁面數為系統I/O能力的5%，讀取採用async io模式。
        每10s,必定觸發一次insert buffer meger操作。meger的頁面數仍舊為系統 I/O能力的5%。
    步驟:
        1.主執行緒發出async io請求，async讀取需要被meger的索引頁面
        2.I/O handler 執行緒，在接受到完成的async I/O之後，進行merger
  b 被動merge[使用者執行緒完成，使用者能感受到meger操作帶來的效能影響]
    被動merge:
      情況一：
      insert操作，導致頁面空間不足，需要分裂(split)。由於insert buffer只針對單個頁面，不能buffer page split[頁已經在記憶體裡]，因此引起頁面的被動meger。同理，update操作導致頁面空間不 足；purge導致頁面為空等。總之:若 當前操作引起頁面split or merge,那麼就會導致被動merge。
      情況二:
      insert操作，由於其它各種原因，insert buffer最佳化返回false，需要真正讀取page時，要進行被動merge。與一不同的是，頁在disk上，需要讀取到記憶體裡。
      情況三：
      在進行insert buffer操作，發現insert buffer太大，需要壓縮insert buffer,這時需要強制被動merge,不允許 insert 操作進行。

二 為什麼要求是非唯一索引呢？
因為
  1 主鍵是行唯一的標示符,當app 寫入行時，是按照主鍵遞增的順序進行插入的，異常插入聚族索引一般也順序的，不需要隨機IO。
  2 寫唯一索引要檢查記錄是不是存在，所以在修改唯一索引之前,必須把修改的記錄相關的索引頁讀出來才知道是不是唯一,這樣Insert buffer就沒意義了，反正要讀出來(讀帶來隨機IO)，所以只對非唯一索引有效。

三 如何檢視insert buffer  
我們可以透過show engine innodb status \G 來檢視插入緩衝的資訊
-------------------------------------
INSERT BUFFER AND ADAPTIVE HASH INDEX
-------------------------------------
Ibuf: size 1, free list len 0, seg size 2, 2920 merges
merged operations:
 insert 23858, delete mark 0, delete 0
discarded operations:
 insert 0, delete mark 0, delete 0

seg size顯示了當前插入緩衝的大小為2 *16KB，大約為32KB，free list len代表了空閒列表的長度，size代表了已經合併記錄頁的數量。merges 表示合併次數。
merged operations:
Inserts代表插入的記錄數，delete mark delete 次數均為0.

四 insert buffer 增強之 change buffering
    change buffering 是MySQL5.5加入的新特性，change buffering是insert buffer的加強，insert buffer只針對insert有效，change buffering對insert、delete、update(delete+insert)、purge都有效。當修改一個索引塊(secondary index)時的資料時，索引塊在buffter pool中不存在，修改資訊就會被cache在change buffer中，當透過索引掃描把需要的索引塊讀取到buffer pool時，會和change buffer中修改資訊合併，再擇機寫回disk。目的還是為了減少隨機IO帶來效能損耗，說明白了：把隨機IO儘量變成順序IO。

五 小結
對於廉價的機械硬碟，這個引數還是能幫助提高效能的。在SSD盛行的今天，在SSD上隨機訪問和順序訪問效能幾乎差不多的情況下，insert buffer/change buffering特性不會帶來多大的效能提升。

六 參考文章
[1] Some little known facts about Innodb Insert Buffer 
[2] innodb-performance-change_buffering 
[3] mysql-5-5-innodb-change-buffering 
[4]