MySQL 資料庫的提速器-寫快取（Change Buffer）

平頭哥的技術博文發表於2020-02-27
MySql資料庫快取

寫快取（Change Buffer） 是一種特殊的資料結構，用於在對資料變更時，如果資料所在的資料頁沒有在 buffer pool 中的話，在不影響資料一致性的前提下，InnoDB 引擎會將對資料的操作快取在 Change Buffer 中，這樣就省去了從磁碟中讀入這個資料頁。

將資料頁從磁碟讀入記憶體中涉及隨機 IO 訪問，這也是資料庫裡面成本最高的操作之一，而利用寫快取（Change Buffer）可以減少 IO 操作，從而提升資料庫效能。

關於 MySQL 寫快取（Change Buffer），我們先來看看 InnoDB 的技術架構圖：

InnoDB 架構圖

Change Buffer 是 Buffer Pool 中的一部分，雖然 Change Buffer 名字叫 Buffer ，但是它也是可以持久化的，在右邊的 System Tablespace 中可以看到持久化 Change Buffer 的空間。觸發寫快取（Change Buffer）持久化操作有以下幾種情況：

  • 1、資料庫空閒時，後臺有執行緒定時持久化
  • 2、資料庫緩衝池不夠用時
  • 3、資料庫正常關閉時
  • 4、redo log 寫滿時

再單獨看看 Change Buffer 的架構圖，如下所示：

Change Buffer 的架構圖

圖中詳細的描述了 Change Buffer 的功能，Change Buffer 中的資料最終還是會刷回到資料所在的原始資料頁中，Change Buffer 資料應用到原始資料頁，得到新的資料頁的過程稱之為 merge。merge 過程中只會將 Change Buffer 中與原始資料頁有關的資料應用到原始資料頁，以下三種情況會發生 merge 操作：

  • 1、原始資料頁載入到 Buffer Pool 時。
  • 2、系統後臺定時觸發 merge 操作。
  • 3、MySQL 資料庫正常關閉時。

Change Buffer 的相關設定

上面就是寫快取（Change Buffer）的相關知識，寫快取（Change Buffer）我們也是可以使用命令引數來控制，MySQL 資料庫提供了兩個對寫快取（Change Buffer）的引數。

Change Buffer 引數

1、innodb_change_buffer_max_size

innodb_change_buffer_max_size 表示 Change Buffer 最大大小佔 Buffer Pool 的百分比，預設為 25%。最大可以設定為 50%。

2、innodb_change_buffering

innodb_change_buffering 引數用來控制對哪些操作啟用 Change Buffer 功能，預設是：all。innodb_change_buffering 引數有以下幾種選擇：

--all：      預設值。開啟buffer inserts、delete-marking operations、purges
--none： 不開啟change buffer
--inserts：  只是開啟buffer insert操作
--deletes:  只是開delete-marking操作
--changes：  開啟buffer insert操作和delete-marking操作
--purges：   對只是在後臺執行的物理刪除操作開啟buffer功能
複製程式碼

對上面寫快取（Change Buffer）如果你還是雲裡霧裡的話，那麼我們就用一個案例來說明一下 Change Buffer ，首先我們向資料庫中插入兩條資料：

mysql> insert into t(id,k) values(id1,k1),(id2,k2);
複製程式碼

結合下面這張圖來分析這兩條插入語句。

圖片來源極客時間

假設當前是 K索引樹的狀態，K1 所在的資料頁 page1 在 Buffer Pool 中，k2 所在的資料頁不在 Buffer Pool 中，來看看這兩條語句的執行流程：

1、對於 k1 這條資料，Page 1 在記憶體中，所以直接更新記憶體，不會使用到 Change Buffer；

2、k2 對應的資料頁 Page 2 沒有在記憶體中，就在記憶體的 change buffer 區域，記錄下“我要往 Page 2 插入一行”這個資訊，這個地方及其關鍵，並沒有從磁碟中將 page2 載入到記憶體。

3、將上述兩個動作記入 redo log 中（圖中 3 和 4）。

4、後臺執行緒會定時將 page1 和 Change Buffer 中的資料持久化

主要地方在於步驟二，這就是寫快取（Change Buffer）提高效能的地方，雖然 page2 並沒有在記憶體中，但是並沒有妨礙我們往資料庫 page2 中插入資料，這就是寫快取（Change Buffer）的巧妙之處，也是寫快取（Change Buffer）提高 MySQL 的地方。

Change Buffer 適用場景

Change Buffer 並不是適用於所有場景，以下兩種情況不適合開啟 Change Buffer ：

  • 1、資料庫都是唯一索引

如果資料庫都是唯一索引，那麼在每次操作的時候都需要判斷索引是否有衝突，勢必要將資料載入到快取中對比，因此也用不到 Change Buffer。

  • 2、寫入一個資料後，會立刻讀取它

寫入一個資料後，會立刻讀取它，那麼即使滿足了條件，將更新先記錄在 change buffer，但之後由於馬上要訪問這個資料頁，會立即觸發 merge 過程。這樣隨機訪問 IO 的次數不會減少，反而增加了 change buffer 的維護代價。所以，對於這種業務模式來說，change buffer 反而起到了副作用。

以下幾種情況開啟 Change Buffer，會使得 MySQL 資料庫明顯提升：

  • 1、資料庫大部分是非唯一索引
  • 2、業務是寫多讀少
  • 3、寫入資料之後並不會立即讀取它

總體來說 InnoDB 的寫快取（Change Buffer）應用得當，會極大提高 MySQL 資料庫的效能，使用不恰當的話，可能會適得其反。

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最後

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