数据库缓冲池(buffer pool)

大白话：

缓冲池的作用就是减少和磁盘的I/O，缓冲池中的数据以页为单位存储。

InnoDB 存储引擎是以页为单位来管理存储空间的，我们进行的增删改查操作其实本质上都是在访问页面（包括读页面、写页面、创建新页面等操作）。而磁盘 I/O 需要消耗的时间很多，而在内存中进行操作，效率则会高很多，为了能让数据表或者索引中的数据随时被我们所用，DBMS 会申请 占用内存来作为数据缓冲池 ，在真正访问页面之前，需要把在磁盘上的页缓存到内存中的 Buffer Pool 之后才可以访问。

这样做的好处是可以让磁盘活动最小化，从而减少与磁盘直接进行 I/O 的时间 。要知道，这种策略对提升 SQL 语句的查询性能来说至关重要。如果索引的数据在缓冲池里，那么访问的成本就会降低很多。

缓冲池 vs 查询缓存

缓冲池和查询缓存是一个东西吗？不是。

1. 缓冲池（Buffer Pool）

首先我们需要了解在 InnoDB 存储引擎中，缓冲池都包括了哪些。

在 InnoDB 存储引擎中有一部分数据会放到内存中，缓冲池则占了这部分内存的大部分，它用来存储各种数据的缓存，如下图所示：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1IIIvA14-1665847227641)(img.png)]

从图中，你能看到 InnoDB 缓冲池包括了数据页、索引页、插入缓冲、锁信息、自适应 Hash 和数据字典信息等。

缓存池的重要性(了解)：

对于使用InnoDB作为存储引擎的表来说，不管是用于存储用户数据的索引(包括聚簇索引和二级索引)，还是各种系统数据，都是以页的形式存放在表空间中的，而所谓的表空间只不过是InnoDB对文件系统上一个或几个实际文件的抽象，也就是说我们的数据说到底还是存储在磁盘上的。但是各位也都知道，磁盘的速度慢的跟乌龟一样，怎么能配得上”快如风，疾如电”的CPU呢?这里，缓冲池可以帮助我们消除CPU和磁盘之间的鸿沟。所以InnoDB存储引擎在处理客户端的请求时，当需要访问某个页的数据时，就会把完整的页的数据全部加载到内存中,也就是说即使我们只需要访问一个页的一条记录，那也需要先把整个页的数据加载到内存中。将整个页加载到内存中后就可以进行读写访问了，在进行完读写访问之后并不着急把该页对应的内存空间释放掉，而是将其缓存起来，这样将来有请求再次访问该页面时，就可以省去磁盘IO的开销了。
缓存原则：

“ 位置 * 频次 ”这个原则，可以帮我们对 I/O 访问效率进行优化。
首先，位置决定效率，提供缓冲池就是为了在内存中可以直接访问数据。
其次，频次决定优先级顺序。因为缓冲池的大小是有限的，比如磁盘有 200G，但是内存只有 16G，缓冲池大小只有 1G，就无法将所有数据都加载到缓冲池里，这时就涉及到优先级顺序，会 优先对使用频次高的热数据进行加载 。

缓冲池的预读特性：

了解了缓冲池的作用之后，我们还需要了解缓冲池的另一个特性:预读。
缓冲池的作用就是提升IO效率，而我们进行读取数据的时候存在一个”“局部性原理”，也就是说我们使用了一些数据，大概率还会使用它周周的一些数据，因此采用“预读”的机制提前加载，可以减少未来可能的磁盘I/O操作。

2. 查询缓存

那么什么是查询缓存呢？
查询缓存是提前把查询结果缓存 起来，这样下次不需要执行就可以直接拿到结果。需要说明的是，在MySQL 中的查询缓存，不是缓存查询计划，而是查询对应的结果。因为命中条件苛刻，而且只要数据表发生变化，查询缓存就会失效，因此命中率低。

缓冲池如何读取数据

缓冲池管理器会尽量将经常使用的数据保存起来，在数据库进行页面读操作的时候，首先会判断该页面是否在缓冲池中，如果存在就直接读取，如果不存在，就会通过内存或磁盘将页面存放到缓冲池中再进行读取。
缓存在数据库中的结构和作用如下图所示：
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如果我们执行 SQL 语句的时候更新了缓存池中的数据，那么这些数据会马上同步到磁盘上吗？

实际上，当我们对数据库中的记录进行修改的时候，首先会修改缓冲池中页里面的记录信息，然后数据库会以一定的频率刷新到磁盘上。注意并不是每次发生更新操作，都会立刻进行磁盘回写。缓冲池会采用一种叫做checkpoint 的机制将数据回写到磁盘上，这样做的好处就是提升了数据库的整体性能。

比如，当缓冲池不够用时，需要释放掉一些不常用的页，此时就可以强行采用checkpoint的方式，将不常用的脏页回写到磁盘上，然后两从缓冲池中将这些页释放掉。这里脏页（dirty page)指的是缓冲池中被修改过的页，与磁盘上的数据页不一致。

查看/设置缓冲池大小

如果你使用的是MySQL MyISAM存储引擎，它只缓存索引，不缓存数据，对应的键缓存参数为key_buffer_size，你可以用它进行查看。

如果你使用的是 InnoDB 存储引擎，可以通过查看 innodb_buffer_pool_size 变量来查看缓冲池的大小。命令如下：

mysql> show variables like 'innodb_buffer_pool_size';
+-------------------------+-----------+
| Variable_name           | Value     |
+-------------------------+-----------+
| innodb_buffer_pool_size | 134217728 |
+-------------------------+-----------+
1 row in set (0.00 sec)

你能看到此时 InnoDB 的缓冲池大小只有 134217728/1024/1024=128MB。我们可以修改缓冲池大小，比如改为256MB，方法如下：

set global innodb_buffer_pool_size = 268435456;

或者

[server]
innodb_buffer_pool_size = 268435456
#然后再来看下修改后的缓冲池大小，此时已成功修改成了 256 MB：

多个Buffer Pool实例

大白话：

每次访问缓存池都要进行加锁处理，当访并发过大就会影响处理速度，所以我们将一个大的缓冲池分为多个小的。这样每个线程都有自己的缓冲池。即使加锁也互不影响，提高并发的处理能力

缓冲池的数量也不是越多越好，建议在 1GB 容量以上再进行分池

Buffer Pool本质是InnoDB向操作系统申请的一块连续的内存空间，在多线程环境下，访问Buffer Pool中的数据都需要加锁处理。在Buffer Pool特别大而且多线程并发访问特别高的情况下，单一的Buffer Pool可能会影响请求的处理速度。所以在Buffer Pool特别大的时候，我们可以把它们拆分成若干个小的Buffer Pool，每个Buffer Pool都称为一个实例，它们都是独立的，独立的去中请内存空间，独立的管理各种链表。所以在多线程并发访问时并不会相互影响，从而提高并发处理能力。

查看缓冲池数量

mysql> show variables like 'innodb_buffer_pool_instances';
+------------------------------+-------+
| Variable_name                | Value |
+------------------------------+-------+
| innodb_buffer_pool_instances | 1     |
+------------------------------+-------+
1 row in set (0.01 sec)

修改缓冲池数量

[server]
innodb_buffer_pool_instances = 2

不过也不是说Buffer Pool实例创建的越多越好，分别管理各个Buffer Pool也是需要性能开销的，InnoDB规定:当innodb_buffer_pool_size的值小于1G的时候设置多个实例是无效的，InnoDB会默认把innodb_buffer_pool_instances 的值修改为1。而我们鼓励在Bufer Pool大于或等于1G的时候设置多个Buffer Pool实例。

其他问题

总结

SQL查询时，先查缓冲池，如果没有再从磁盘冲读数据加载到缓冲池，最后返回。

当我们更新的时候同理，先更新缓冲池，成功之后，统一刷入磁盘。但是 当成功后，刷盘前MySQL挂了怎么办？

按照逻辑将会永久丢失，因为内存无法持久化存储，断电就凉，但还有Redo Log(解决刷盘到一半挂掉) 和 Undo Log(解决回滚) 可以解决

Buffer Pool是MySQL内存结构中十分核心的一个组成，你可以先把它想象成一个黑盒子。

黑盒下的更新数据流程

当查询数据的时候，会先去Buffer Pool中查询。如果Buffer Pool中不存在，存储引擎会先将数据从磁盘加载到Buffer Pool中，然后将数据返回给客户端;同理，当更新某个数据的时候，如果这个数据不存在于BufferPool，同样会先将数据加载进来，然后修改内存的数据。被修改过的数据会在之后统一刷入磁盘。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qJnmSLxW-1665847227643)(img_2.png)]

这个过程看似没啥问题，实则是有问题的。假设修改Buffer Pool中的数据成功，但是还没来得及将数据刷入磁盘MySQL就挂了怎么办?按照上图的逻辑，此时更新之后的数据只存在于Buffer Pool中，如果此时MySQL宕机了，这部分数据将会永久地丢失;

再者，更新到一半突然发生错误了，想要回滚到更新之前的版本，该怎么办？连数据持久化的保证、事务回滚都做不到还谈什么崩溃恢复？

答案：Redo Log & Undo Log

Redo Log ：解决刷盘时刷到一半宕机的问题

Undo Log：解决回滚的问题

生错误了，想要回滚到更新之前的版本，该怎么办？连数据持久化的保证、事务回滚都做不到还谈什么崩溃恢复？

答案：Redo Log & Undo Log

Redo Log ：解决刷盘时刷到一半宕机的问题

Undo Log：解决回滚的问题