MySQL Change Buffer 深入解析:概念、原理及使用

本文涉及的产品
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
RDS MySQL Serverless 高可用系列,价值2615元额度,1个月
简介: MySQL Change Buffer 深入解析:概念、原理及使用

一、Change Buffer的原理

Change Buffer是InnoDB为了提高非主键索引操作性能而引入的一种机制。它主要应用于非主键索引的更改操作,将即将应用到磁盘上的非主键索引页的更改暂存到内存中的缓冲区。

简单来说,Change Buffer是一个内存区域,用于存储即将应用到磁盘上的非主键索引页的更改。当一个非主键索引的记录被更新或删除时,这些更改不会立即被写回到磁盘上,而是先被暂存到Change Buffer中。这样做的目的是为了减少对磁盘的I/O操作,从而提高数据库的整体性能。

Change Buffer的执行过程可以分为以下几个步骤:

1. 更改暂存:

当一个非主键索引的记录被更新或删除时,这些更改操作首先被暂存到Change Buffer中。Change Buffer使用特定的数据结构来记录更改操作的相关信息,如更改类型(插入、更新或删除)、更改的数据页地址以及更改的内容。

2. 合并更改:

当数据页从磁盘上读取到内存中时,Change Buffer中的相关信息会被用来合并这些更改。这意味着,当从非主键索引页读取数据时,如果有相关的更改操作被暂存在Change Buffer中,这些更改会立即被应用到该页上。这样,读取的数据就包含了最新的更改,确保了数据的一致性。

3. 刷新到磁盘:

虽然Change Buffer中的更改操作是暂存的,但它们最终还是需要被刷新到磁盘上以保持数据的一致性。在合适的时机,InnoDB会将Change Buffer中的更改操作写入到磁盘上的重做日志中。这一步是必要的,因为如果突然的系统故障或崩溃发生,这些未写回磁盘的更改可能会丢失。

4. 清理过程:

随着时间的推移,Change Buffer中的数据可能会老化或不再需要。为了保持Change Buffer的使用效率,InnoDB会定期执行清理过程,移除那些已经过时或不再需要的更改操作信息。

当我们要更新一条普通索引记录的时候:

  1. 如果这条记录在内存中,那么直接更新内存
  2. 如果该记录没有在内存中,那么就需要更新change buffer
  3. 更新完 change buffer 之后,MySQL会在redo log中记录下change buffer 的修改
  4. 事务就算完成了,后续binlog落盘,redo log commit
  5. 当需要读取不在内存中的记录时,会将该数据页从磁盘加载到内存,然后应用change buffer中的修改,也就是merge操作

二、Change Buffer的触发时机

Change Buffer的触发时机主要是在非主键索引的更新或删除操作时。当对一个非主键索引的记录进行更改时,这些更改操作首先会被暂存到Change Buffer中。以下是Change Buffer触发的具体时机:

1. 非主键索引的更新操作: 当一个非主键索引的记录被更新时,Change Buffer会触发并将更改操作暂存到内存中。

2. 非主键索引的删除操作: 当一个非主键索引的记录被删除时,Change Buffer同样会触发并将该删除操作暂存到内存中。

3. 数据页读取操作: 当从非主键索引页读取数据时,Change Buffer会检查该页是否在Change Buffer中有相关的更改。如果有,它会将这些更改应用到该页上,确保读取的数据是最新的。

需要注意的是,Change Buffer触发的时机并不是在每次数据更改时都立即触发。而是将这些更改暂存到内存中的Change Buffer区域,并在合适的时机(如数据页读取操作时)再将这些更改应用到相应的数据页上。这样可以减少频繁的磁盘I/O操作,提高数据库的性能。


此外,Change Buffer的使用时机也受到一些参数和配置的影响。例如,可以通过调整InnoDB存储引擎的相关参数来控制Change Buffer的行为和触发条件。在实际应用中,需要根据具体的业务场景和性能需求进行合理的配置和优化。

三、Change Buffer的优势与限制

优势

减少I/O操作:通过暂存非主键索引的更改操作,Change Buffer可以减少频繁的磁盘I/O操作,从而提高数据库的性能。

提高数据一致性:确保读取的数据是最新的,减少了数据不一致的风险。

优化非主键索引操作:对于大量的非主键索引操作,合理利用Change Buffer可以显著提升数据库的性能和响应速度。

限制

内存使用:Change Buffer的使用需要消耗一定的内存资源。需要合理配置以避免过多的内存占用。

数据持久性:由于更改是暂存到内存中的Change Buffer中,如果发生突然的系统故障或崩溃,可能会丢失一些未写回磁盘的更改。

四、如何优化Change Buffer的使用

1. 调整缓冲池大小

根据数据库的工作负载和可用内存资源,合理配置InnoDB缓冲池的大小。增加缓冲池的大小可以增加Change Buffer的使用空间,但需要注意不要过度消耗内存资源。

show variables like '%innodb_change_buffer_max_size%';

innodb_change_buffer_max_size:表示允许change_buffer占Buffer Pool总大小的百分比,默认值为25%,最大可设置为50%

  • 大量插入、更新和删除操作
    增大 innodb_change_buffer_max_size 可以帮助提高写入性能,因为它允许更多的更改暂存到内存中,减少了对磁盘的直接写入。
  • 大量查询操作
    减小 innodb_change_buffer_max_size 可以减少数据页从缓冲池中被淘汰的概率,从而提高查询性能。因为如果缓冲池中的数据经常被替换,那么查询可能经常需要从磁盘读取数据,这会降低性能。

动态设置:

innodb_change_buffer_max_size 设置是动态的,它允许修改设置而无需重新启动服务器,这是MySQL的一个特性,许多参数都可以在运行时动态地修改,而不需要重启服务器。但是,这种动态调整可能不会立即生效,因为InnoDB有一个内部队列来处理和管理缓冲池中的数据。

尽管可以动态地调整这个参数,但在生产环境中更改前应进行充分的测试,以确保它不会对现有的工作负载产生负面影响。


如果增大 innodb_change_buffer_max_size,确保有足够的内存来容纳更大的缓冲池,以避免其他性能问题。


在调整这个参数之前,考虑其他与InnoDB性能相关的参数,如 innodb_buffer_pool_size,以确保整体配置的合理性。

2. 监控Change Buffer使用情况

通过监控数据库的性能指标和日志文件,可以了解Change Buffer的使用情况。例如,可以监控Change Buffer的命中率、缓冲区使用情况等指标,以便进行适当的调整和优化。

可以查询INNODB_BUFFER_PAGE表,以确定IBUF_INDEX和IBUF_BITMAP页面的大致数量(占缓冲池页面总数的百分比)。

SELECT (SELECT COUNT(*) FROM INFORMATION_SCHEMA.INNODB_BUFFER_PAGE
       WHERE PAGE_TYPE LIKE 'IBUF%') AS change_buffer_pages,
       (SELECT COUNT(*) FROM INFORMATION_SCHEMA.INNODB_BUFFER_PAGE) AS total_pages,
       (SELECT ((change_buffer_pages/total_pages)*100))
       AS change_buffer_page_percentage;
+---------------------+-------------+-------------------------------+
| change_buffer_pages | total_pages | change_buffer_page_percentage |
+---------------------+-------------+-------------------------------+
|                  25 |        8192 |                        0.3052 |
+---------------------+-------------+-------------------------------+ 

3. 合理设计索引

索引设计是影响Change Buffer性能的关键因素之一。合理设计索引可以减少非主键索引的更新和删除操作的数量,从而减少Change Buffer的使用压力。

4. 定期维护和优化数据库

定期进行数据库的维护和优化工作,如重建索引、优化表等操作,可以帮助保持数据库的性能并减少不必要的I/O操作。

5. 考虑使用持久化存储引擎

如果数据库需要更高的数据持久性和可靠性要求,可以考虑使用其他持久化存储引擎(如MyISAM)代替InnoDB。但需要注意的是,MyISAM存储引擎在并发写入和高负载场景下可能存在性能瓶颈和限制。

五、Change Buffer的重要参数

innodb_change_buffering: 这是一个控制Change Buffer行为的参数。通过它可以启用或禁用某些特定的功能。例如,通过设置innodb_change_buffering=all可以启用所有的Change Buffer功能。

innodb_change_buffer_max_size: 这个参数定义了Change Buffer中可以存放的最大更改数量。超过这个数量的更改将被写入到磁盘上的重做日志中。

innodb_change_buffer_free_percent: 这个参数定义了Change Buffer中保留给将来更改的空间百分比。当Change Buffer的使用率达到这个百分比时,InnoDB会开始将一些更改写入到磁盘上的重做日志中。

六、Change buffer为什么只对非唯一普通索引页有效

Change Buffer主要针对非唯一普通索引页,而不是主键索引页或唯一索引页,原因主要有以下几点:

数据一致性:

对于主键索引页或唯一索引页,由于其索引键的唯一性,更改操作通常涉及到行数据的完整更新。这意味着更改操作无法简单地合并到索引页上,因为这可能导致数据的不一致性。因此,对于主键或唯一索引的更改,InnoDB通常会直接进行相应的I/O操作,将更改写回到磁盘上的相应索引页。

数据结构差异:

主键索引和唯一索引通常采用B+树结构,而普通索引则可能采用其他数据结构。由于Change Buffer针对的是普通索引页的更改,因此其设计更适用于普通索引的数据结构。

使用场景:

Change Buffer的设计初衷是为了优化非主键索引的更新和删除操作。对于主键或唯一索引,由于其唯一性,通常不需要通过Change Buffer来合并更改。

内存使用考虑:

将Change Buffer限制于非主键索引页可以更有效地利用内存资源。主键索引通常更频繁地被访问和查询,因此直接进行I/O操作可以确保其数据的最新性。将Change Buffer用于非主键索引页可以减少对内存的竞争,从而更高效地利用内存资源。

需要注意的是,虽然Change Buffer主要针对非唯一普通索引页,但在某些情况下,对于具有重复键值的唯一索引页,InnoDB也可能选择使Change Buffer来合并更改。然而,这种情况是少数情况,并且主要取决于具体的数据库操作和数据分布。

综上所述,Change Buffer只对非唯一普通索引页有效的原因主要是由于数据一致性、数据结构差异、使用场景以及内存使用考虑等方面的因素。

总结

MySQL的Change Buffer是一种有效的性能优化技术,通过减少频繁的磁盘I/O操作来提高非主键索引操作的性能。了解其原理和限制有助于更好地利用和优化Change Buffer的使用。 在实际应用中,需要根据具体的业务场景和性能需求进行合理的配置和优化工作,以充分发挥Change Buffer的优势并提高数据库的整体性能。


目录
打赏
0
3
3
0
39
分享
相关文章
RDS用多了,你还知道MySQL主从复制底层原理和实现方案吗?
随着数据量增长和业务扩展,单个数据库难以满足需求,需调整为集群模式以实现负载均衡和读写分离。MySQL主从复制是常见的高可用架构,通过binlog日志同步数据,确保主从数据一致性。本文详细介绍MySQL主从复制原理及配置步骤,包括一主二从集群的搭建过程,帮助读者实现稳定可靠的数据库高可用架构。
35 9
RDS用多了,你还知道MySQL主从复制底层原理和实现方案吗?
MySQL底层概述—6.索引原理
本文详细回顾了:索引原理、二叉查找树、平衡二叉树(AVL树)、红黑树、B-Tree、B+Tree、Hash索引、聚簇索引与非聚簇索引。
MySQL底层概述—6.索引原理
MySQL原理简介—12.MySQL主从同步
本文介绍了四种为MySQL搭建主从复制架构的方法:异步复制、半同步复制、GTID复制和并行复制。异步复制通过配置主库和从库实现简单的主从架构,但存在数据丢失风险;半同步复制确保日志复制到从库后再提交事务,提高了数据安全性;GTID复制简化了配置过程,增强了复制的可靠性和管理性;并行复制通过多线程技术降低主从同步延迟,保证数据一致性。此外,还讨论了如何使用工具监控主从延迟及应对策略,如强制读主库以确保即时读取最新数据。
MySQL原理简介—12.MySQL主从同步
MySQL原理简介—11.优化案例介绍
本文介绍了四个SQL性能优化案例,涵盖不同场景下的问题分析与解决方案: 1. 禁止或改写SQL避免自动半连接优化。 2. 指定索引避免按聚簇索引全表扫描大表。 3. 按聚簇索引扫描小表减少回表次数。 4. 避免产生长事务长时间执行。
MySQL原理简介—10.SQL语句和执行计划
本文介绍了MySQL执行计划的相关概念及其优化方法。首先解释了什么是执行计划,它是SQL语句在查询时如何检索、筛选和排序数据的过程。接着详细描述了执行计划中常见的访问类型,如const、ref、range、index和all等,并分析了它们的性能特点。文中还探讨了多表关联查询的原理及优化策略,包括驱动表和被驱动表的选择。此外,文章讨论了全表扫描和索引的成本计算方法,以及MySQL如何通过成本估算选择最优执行计划。最后,介绍了explain命令的各个参数含义,帮助理解查询优化器的工作机制。通过这些内容,读者可以更好地理解和优化SQL查询性能。
Docker Compose V2 安装常用数据库MySQL+Mongo
以上内容涵盖了使用 Docker Compose 安装和管理 MySQL 和 MongoDB 的详细步骤,希望对您有所帮助。
101 42
如何排查和解决PHP连接数据库MYSQL失败写锁的问题
通过本文的介绍,您可以系统地了解如何排查和解决PHP连接MySQL数据库失败及写锁问题。通过检查配置、确保服务启动、调整防火墙设置和用户权限,以及识别和解决长时间运行的事务和死锁问题,可以有效地保障应用的稳定运行。
54 25
数据库数据恢复——MySQL简介和数据恢复案例
MySQL数据库数据恢复环境&故障: 本地服务器,安装的windows server操作系统。 操作系统上部署MySQL单实例,引擎类型为innodb,表空间类型为独立表空间。该MySQL数据库没有备份,未开启binlog。 人为误操作,在用Delete命令删除数据时未添加where子句进行筛选导致全表数据被删除,删除后未对该表进行任何操作。
【深入了解MySQL】优化查询性能与数据库设计的深度总结
本文详细介绍了MySQL查询优化和数据库设计技巧,涵盖基础优化、高级技巧及性能监控。
299 0

推荐镜像

更多