4.3、数据库缓冲池(buffer pool)

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。

4.3.1、缓冲池vs查询缓存
缓冲池（Buffer Pool）
在InnoDB存储引擎中有一部分会放到内存中，缓冲池则占了这部分内存的大部分，他用来存储各种数据的缓存，

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：

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：

缓冲池的作用就是为了提升I/O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围的一些数据，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。

查询缓存
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。

4.3.2、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。

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？

4.3.3、查看/设置缓冲池的大小
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_poll_size变量来查看缓冲池的大小

show variables like 'innodb_buffer_pool_size';
1
设置缓冲池的大小

set global innodb_buffer_pool_size = 268435456;
1
或者

[server]
innodb_buffer_pool_size = 268435456
1
2
4.3.4、多个Buffer Pool实例
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，我们可以把他们 差分成若干个小的Buffer Pool，每个Buffer Pool都称为一个 实例，他们都是独立的，独立的去申请内存空间，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。

# 我们可以在服务器启动的时候通过设置innodb_buffer_pool_instances的值来修改 Buffer Pool实例的个数
[server]
innodb_buffer_pool_instances = 2
1
2
3
何查看缓冲池的个数

show variables like 'innodb_buffer_pool_instances';
1
每个Buffer Pool实例实际占内存空间

innodb_buffer_pool_size/innodb_buffer_pool_instances
1
也就是总共的大小除以实例的个数，结果就是每个Buffer Pool实例占用的大小。

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:innodb_buffer_pool_size的值小于1G的时候设置多个实例是无效的L,InnoDB会默认把innodb_buffer_pool_instances的值修改为1。而我们鼓励在Buffer Pool大于或等于1G的时候设置多个Buffer Pool实例。

4.3.5、引申问题
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：

当我们查询数据的时候，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，当我们更新某个数据的时候，如果这个数据不存在于BufferPool，同样会先数据加载进来，然后修改修改内存的数据。被修改过的数据会在之后统一刷入磁盘。

这个过程看似没啥问题，实则是有问题的。假设我们修改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;

我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