MySQL必知必会：用十一张图讲清楚，当你CRUD时BufferPool中发生了什么！

一、前言

下面让我们就一起看下，当你执行CURD时，InnoDB的Buffer Pool中都发生了什么！以及Buffer Pool的优化！

二、Let‘s go

你知道的，MySQL对数据的增删改查都是内存中完成的，这块内存就是Buffer Pool。

你可以像下面这样查看下你的MySQL的Buffer的Buffer Pool的默认大小

上图中的0.125单位为GB，转换成MB就是 1024* 1/8 = 128MB

总结来说，就是MySQL启动后就会为我们初始化好这块Buffer Pool。如下图：

 

 

你可以看着上图，然后读下面这段话：

MySQL以数据页为单位，从磁盘中读取数据。数据页被读取到内存中，所谓的内存其实就是Buffer Pool。

Buffer Pool中维护的数据结构是缓存页，而且每个缓存页都有它对应的描述信息。

由于MySQL刚启动，还没有从磁盘中读取任何数据页到内存（Buffer Pool）中，那此时Buffer Pool中所有的缓存页其实都是空的。

除了缓存页之外，你还能看到Buffer Pool中存在三个双向链表。分别是FreeList、LRUList以及FlushList。这三个双向链表中维护着缓存页的描述信息。

三、好，假设你读取出来了1个数据页

当你通过select读取出一个数据页之后，是需要将这个数据页加载进Buffer Pool中的缓存页中的。

那问题来了，MySQL怎么知道该将你读取出来的数据页存放在那个缓存页中呢？相信你看了上图应该也能想到答案了。FreeList这个双向链表不是存放了空闲的缓存页的描述信息吗？那从FreeList中取出一个空间缓存页的描述信息不就好了？于是得到了下面这张图：

 

 

啰嗦一点：对这张图稍微做一下解读：

InnoDB会将你读取出来的数据页加载进Buffer Pool中的缓存页中，然后缓存页的描述信息也会被维护进LRU链表中。链表做了冷热数据分离优化，5/8的区域是热数据区域，3/8的区域算是冷数据区域。（本质上它们都是双向链表），而你新读取的数据页会被放在冷数据区的靠前的位置上。

如果你将该数据页读取出来加载进缓存页中后，间隔没到1s，就使用该缓存页。那么InnoDB是不会将这个描述信息移动到5/8的热数据区域的。

但是当超过1s后，你又去读这个数据页。那这个数据页的描述信息就会被放到热数据区域。如下图：

 

 

四、假设你一次性读取出来了好多数据页

白日梦在第 6 篇文章中跟大家分享过，MySQL是存在预读机制的，感兴趣可关注公众号阅读。

假设触发了MySQL的预读机制。一次性从磁盘中读取来N多个缓存页。会得到下面这张图:

 

 

因为发生了预读，所以你的一次磁盘IO读出了大量的数据页，但是这些数据页中很可能是有一些是你根本不需要的，仅仅是预读把它们级联查出来了。这时按老规矩，从FreeList中找到空闲的缓存页信息，然后将其从FreeList中移除。根据找到的空闲缓存页的描述信息，将从磁盘中读取出来的数据页加载进去。相应的该缓存页的描述信息也会被维护进LRU链表的冷数据区域。

这时你就会发现这种冷热数据分离的机制多么妙！即使发生了预读又怎么样？根本没有机会将热数据区的描述信息1挤下去。当内存不够用了需要将部分缓存页刷新到磁盘中时，那就从冷数据区域开始刷新好了，反正他们本来就不经常被使用。

同样的，当你超过1s后又访问了冷数据区的缓存页，比如访问了缓存页66和数据页67，该缓存页对应的描述信息是会被提升到热数据区，于是有了下面这张图：

 

 

那，如果你访问上图中的数据页67，它会移动到描述信息66所在节点的前面去吗？

其实MySQL的LRU链表做了优化，数据67是不会往前跑的。

五、假设你修改了某数据页

假设你执行了update xxx set xxx where id in (xxx,xxx,xxx,xxx)；

而符合条件的数据行恰巧就在描述信息1、描述信息66、描述信息67所指向的缓存页中，那BufferPool中会发生什么呢？

如下图：

 

 

你会看到，被你修改了的缓存页的描述信息，被添加到了FlushList这个双向链表中。

想必看到这里你已经知道了，原来FlushList中的节点存放就是被修改了脏数据页的描述信息块。

随着MySQL被使用的时间越来越长，BufferPool的大小就越来越小。等它不够用的时候，就会将部分LRU中的数据页描述信息移除出去，这时如果发现被移除出来的数据页在FLushList中，就会触发fsync的操作，触发随机写磁盘。如果该数据页是干净的，那移除出去就好了。其他也不用干啥。

举个例子：假设需要将描述信息66、描述信息67指向的缓存页落盘。会得到下面这张脑图：

描述信息66、67指向的缓存页被刷新进磁盘。 同时从FlushList中将其移除，然后存入FreeList中。完成一个循环

 

 

当然，将脏数据页刷新进磁盘的时机除了上图中说的还有好多种情况，白日梦在上一篇文章中有分享。可关注公众号查看哦

下面再看一下关于Buffer Pool的设置和相关的优化。

六、配置Buffer Pool的大小

buffer pool越大，MySQL的性能就越强悍。你可以像下面这样配置Buffer Pool的大小。

mysql> SET GLOBAL innodb_buffer_pool_size=402653184;

七、配置多个Buffer Pool的实例

你可以为MySQL实例配置多个Buffer Pool，每个Buffer Pool各自负责管理一部分缓存页，并且有自己独立的LRU、Free、Flush链表。

当有多线程并发请求过来时，线程可以在不同的Buffer Pool中执行自己的操作，MySQL性能就会得到很大的提升

在my.d中进行配置

[server]
innodb_buffer_pool_size = xxx
innodb_buffer_pool_instances = 4

意思是将总容量为xxx的buffer pool划分成4个实例。每个实例都有 xxx/4 的容量。

参数innodb_buffer_pool_instances的最大值为64，并且想让该参数生效，innodb_buffer_pool_size容量至少是1G。

可以像下面这样查看你的MySQL的Buffer Pool实例状态。

 

 

八、揭秘BufferPool的真实结构

现实中Buffer Pool动辄就占用好几G的内存，相对于直接申请几G的内存完成扩容，MySQL有更优雅的实现方式。

为了实现动态调整Buffer Pool的大小。MySQL设计了chunk 机制。

 

 

可以看上图脑补一下Buffer Pool 以及 Chunk长什么样。

总的来说：就是将每一个 Buffer Pool Instance 更加细力度化。将Buffer Pool拆分成更小的独立单元。

每个Buffer Pool划分成多个chunnk，每个chunk中维护一部分缓存页、缓存页的描述信息。同属于一个Buffer Pool的chunk共享该Buffer Pool的lru、free、flush链表。

块大小由参数innodb_buffer_pool_chunk_size控制，默认值为 128M

该参数可以像下面这样修改：

shell> mysqld --innodb-buffer-pool-chunk-size=134217728

或者通过配置文件自定义

[mysqld]
innodb_buffer_pool_chunk_size=134217728

九、看一看Buffer Pool相关的参数

执行命令

> mysql show engine innodb status

十、如何规划你的Buffer Pool大小

推荐将Buffer Pool的总大小设置为服务器内存的 50%～60%左右

BufferPool总大小 = （chunkSize * bufferPoolInstanceNum)*2

十一、Buffer Pool的预热机制

这种机制实际上是想让重启后的MySQL快速适应大规模的流量请求。

InnoDB 在服务器关闭时为每个缓冲池保存一部分最近高频使用的页面，并在服务器启动时恢复这些页面。保存多大比例的缓存页由参数innodb_buffer_pool_dump_pct控制。

在启动时还原缓冲池，实际上会缩短预热的时间。

你可以通过下面的方式配置该参数

# 通过命令
SET GLOBAL innodb_buffer_pool_dump_pct=40;

# 通过文件
[mysqld]
innodb_buffer_pool_dump_pct=40

参数innodb_buffer_pool_dump_at_shutdown控制 MySQL关闭时保存缓冲池的状态，默认为on的状态。

启动参数--innodb-buffer-pool-load-at-startup 表示启动MySQL的时候恢复缓冲池中的状态，默认也是开启的。