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写缓冲(change buffer),这次彻底懂了!!!

简介: 毫无疑问,对于读请求,缓冲池能够减少磁盘IO,提升性能。问题来了,那写请求呢?
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简单回顾一下:

image.png

(1)MySQL数据存储包含内存与磁盘两个部分;

(2)内存缓冲池(buffer pool)以页为单位,缓存最热的数据页(data page)与索引页(index page);

(3)InnoDB以变种LRU算法管理缓冲池,并能够解决“预读失效”与“缓冲池污染”的问题;

画外音:细节详见《缓冲池(buffer pool),彻底懂了!》

毫无疑问,对于读请求,缓冲池能够减少磁盘IO,提升性能。问题来了,那写请求呢?

情况一

假如要修改页号为4的索引页,而这个页正好在缓冲池内。

image.png

如上图序号1-2:

(1)直接修改缓冲池中的页,一次内存操作;

(2)写入redo log,一次磁盘顺序写操作;

这样的效率是最高的。

画外音:像写日志这种顺序写,每秒几万次没问题。

是否会出现一致性问题呢?

并不会。

(1)读取,会命中缓冲池的页;

(2)缓冲池LRU数据淘汰,会将“脏页”刷回磁盘;

(3)数据库异常奔溃,能够从redo log中恢复数据;

什么时候缓冲池中的页,会刷到磁盘上呢?

定期刷磁盘,而不是每次刷磁盘,能够降低磁盘IO,提升MySQL的性能。

画外音:批量写,是常见的优化手段。

情况二

假如要修改页号为40的索引页,而这个页正好不在缓冲池内。

image.png

此时麻烦一点,如上图需要1-3:

(1)先把需要为40的索引页,从磁盘加载到缓冲池,一次磁盘随机读操作;

(2)修改缓冲池中的页,一次内存操作;

(3)写入redo log,一次磁盘顺序写操作;

没有命中缓冲池的时候,至少产生一次磁盘IO,对于写多读少的业务场景,是否还有优化的空间呢?

这即是InnoDB考虑的问题,又是本文将要讨论的写缓冲(change buffer)。

画外音:从名字容易看出,写缓冲是降低磁盘IO,提升数据库写性能的一种机制。

什么是InnoDB的写缓冲?

在MySQL5.5之前,叫插入缓冲(insert buffer),只针对insert做了优化;现在对delete和update也有效,叫做写缓冲(change buffer)。

它是一种应用在非唯一普通索引页(non-unique secondary index page)不在缓冲池中,对页进行了写操作,并不会立刻将磁盘页加载到缓冲池,而仅仅记录缓冲变更(buffer changes),等未来数据被读取时,再将数据合并(merge)恢复到缓冲池中的技术。写缓冲的目的是降低写操作的磁盘IO,提升数据库性能。

画外音:R了狗了,这个句子,好长。

InnoDB加入写缓冲优化,上文“情况二”流程会有什么变化?

假如要修改页号为40的索引页,而这个页正好不在缓冲池内。

image.png

加入写缓冲优化后,流程优化为:

(1)在写缓冲中记录这个操作,一次内存操作;

(2)写入redo log,一次磁盘顺序写操作;

其性能与,这个索引页在缓冲池中,相近。

画外音:可以看到,40这一页,并没有加载到缓冲池中。

是否会出现一致性问题呢?

也不会。

(1)数据库异常奔溃,能够从redo log中恢复数据;

(2)写缓冲不只是一个内存结构,它也会被定期刷盘到写缓冲系统表空间;

(3)数据读取时,有另外的流程,将数据合并到缓冲池;

不妨设,稍后的一个时间,有请求查询索引页40的数据。

image.png

此时的流程如序号1-3:

(1)载入索引页,缓冲池未命中,这次磁盘IO不可避免;

(2)从写缓冲读取相关信息;

(3)恢复索引页,放到缓冲池LRU里;

画外音:可以看到,40这一页,在真正被读取时,才会被加载到缓冲池中。

还有一个遗漏问题,为什么写缓冲优化,仅适用于非唯一普通索引页呢?

InnoDB里,聚集索引(clustered index)和普通索引(secondary index)的异同,《1分钟了解MyISAM与InnoDB的索引差异》有详尽的叙述,不再展开。

如果索引设置了唯一(unique)属性,在进行修改操作时,InnoDB必须进行唯一性检查。也就是说,索引页即使不在缓冲池,磁盘上的页读取无法避免(否则怎么校验是否唯一?),此时就应该直接把相应的页放入缓冲池再进行修改,而不应该再整写缓冲这个幺蛾子。

除了数据页被访问,还有哪些场景会触发刷写缓冲中的数据呢?

还有这么几种情况,会刷写缓冲中的数据:

(1)有一个后台线程,会认为数据库空闲时;

(2)数据库缓冲池不够用时;

(3)数据库正常关闭时;

(4)redo log写满时;

画外音:几乎不会出现redo log写满,此时整个数据库处于无法写入的不可用状态。

什么业务场景,适合开启InnoDB的写缓冲机制?

先说什么时候不适合,如上文分析,当:

(1)数据库都是唯一索引;

(2)或者,写入一个数据后,会立刻读取它;

这两类场景,在写操作进行时(进行后),本来就要进行进行页读取,本来相应页面就要入缓冲池,此时写缓存反倒成了负担,增加了复杂度。

什么时候适合使用写缓冲,如果:

(1)数据库大部分是非唯一索引;

(2)业务是写多读少,或者不是写后立刻读取;

可以使用写缓冲,将原本每次写入都需要进行磁盘IO的SQL,优化定期批量写磁盘。

画外音:例如,账单流水业务。

上述原理,对应InnoDB里哪些参数?

有两个比较重要的参数。

image.png

参数:innodb_change_buffer_max_size

介绍:配置写缓冲的大小,占整个缓冲池的比例,默认值是25%,最大值是50%。

画外音:写多读少的业务,才需要调大这个值,读多写少的业务,25%其实也多了。

参数:innodb_change_buffering

介绍:配置哪些写操作启用写缓冲,可以设置成all/none/inserts/deletes等。

希望大家有收获,思路比结论重要。

image.png

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