MySQL缓冲池-Buffer Pull
第一节 概述
缓冲池 VS 查询缓存：缓冲池和查询缓存是一个东西吗？ 不是！
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。
第二节 数据库缓冲池
2.1 缓冲池
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：
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 。
如何做到缓冲池里的都是热点数据？
- Redis是如何做到内存中都是热点数据？
“定期删除+惰性删除 ”和“内存淘汰机制（volatile-lru: 在设置了超时时间（expire ）的key中优先删除最近最少使用(less recently used ,LRU) 的 key。）” - mysql缓冲池是如何做的？
缓冲池是基于传统的LRU方法来进行缓存页管理的，我们先来看下如果使用LRU是如何管理的。LRU，全称是Least Recently Used，中文名字叫作「最近最少使用」。从名字上就很容易理解了。
这里分两种情况:
(1) 缓存页已在缓冲池中
这种情况下会将对应的缓存页放到LRU链表的头部，无需从磁盘再进行读取，也无需淘汰其它缓存页。如下图所示，如果要访问的数据在6号页中，则将6号页放到链表头部即可，这种情况下没有缓存页被淘汰。
(2) 缓存页不在缓冲池中
缓存页不在缓冲中，这时候就需要从磁盘中读入对应的数据页，将其放置在链表头部，同时淘汰掉末尾的缓存页。如下图所示，如果要访问的数据在60号页中，60号页不在缓冲池中，此时加载进来放到链表的头部，同时淘汰掉末尾的17号缓存页。
缓存池污染
还有一种情况是当执行一条SQL语句时，如果扫描了大量数据或是进行了全表扫描，此时缓冲池中就会加载大量的数据页，从而将缓冲池中已存在的所有页替换出去，这种情况同样是不合理的。这就是缓冲池污染，并且还会导致MySQL性能急剧下降。
冷热数据分离
这样看来，传统的LRU方法并不能满足缓冲池的空间管理。因此，Msyql基于LRU设计了冷热数据分离的处理方案。也就是将LRU链表分为两部分，一部分为热数据区域，一部分为冷数据区域。如下图所示：
当数据页第一次被加载到缓冲池中的时候，先将其放到冷数据区域的链表头部，1s(由 innodb_old_blocks_time参数控制)后该缓存页被访问了再将其移至热数据区域的链表头部。如下图所示：
2.2 查询缓存
A: 那么什么是查询缓存呢？
Q: 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。
2.3 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：
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，然后再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。
2.4 查看/设置缓冲池大小
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：
show variables like 'innodb_buffer_pool_size';
服务器内存为1G时：
服务器内存为4G时：
你能看到此时 InnoDB 的缓冲池大小只有 1073741824/1024/1024=1024MB=1G。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;
或者修改配置文件：
[server]
innodb_buffer_pool_size = 268435456
2.5 多个Buffer Pool实例
[server]
innodb_buffer_pool_instances = 2
这样就表明我们要创建2个 Buffer Pool 实例。
我们看下如何查看缓冲池的个数，使用命令：
show variables like 'innodb_buffer_pool_instances';
那每个 Buffer Pool 实例实际占多少内存空间呢？其实使用这个公式算出来的：
innodb_buffer_pool_size/innodb_buffer_pool_instances
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。
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