MySQL中的Change Buffer

Change Buffer

當須要更新一個數據頁時，若是數據頁在內存中的話，則直接更新。而若是這個數據頁不在內存中的話， InnoDB會把這些操做緩存在Change Buffer中。這樣就不須要從磁盤讀取數據了。在下次查詢須要訪問這個數據頁的時候，將數據頁讀入內存，而後執行 change buffer 中與這個頁有關的操做。經過這種方式就能保證這個數據邏輯的正確性。

將 change buffer 中的操做應用到原數據頁，獲得最新結果的過程稱爲 merge。除了訪問這個數據頁會觸發 merge 外，系統有後臺線程會按期 merge。在數據庫正常關閉（shutdown）的過程當中，也會執行 merge 操做。

顯然，若是可以將更新操做先記錄在 change buffer，減小讀磁盤，語句的執行速度會獲得明顯的提高。並且，數據讀入內存是須要佔用 buffer pool 的，因此這種方式還可以避免佔用內存，提升內存利用率。

使用Change Buffer的狀況

對於惟一索引來講，全部的更新操做都要先判斷這個操做是否違反惟一性約束。好比，要插入 (4,400) 這個記錄，就要先判斷如今表中是否已經存在 k=4 的記錄，而這必需要將數據頁讀入內存才能判斷。若是都已經讀入到內存了，那直接更新內存會更快，就不必使用 change buffer 了。

Change Buffer案例

若是要在這張表中插入一個新記錄 (4,400) 的話，InnoDB 的處理流程是怎樣的。

第一種狀況：

要插入的數據頁在內存中，又分爲兩種狀況

• 一是對於惟一索引， 找到3到5之間的位置，判斷是否有衝突。若是沒有，則直接插入。
• 二是對於普通索引來講，找到3到5之間的位置，則直接插入。

第二種狀況：

• 對於惟一索引來講，須要將數據頁讀入內存，判斷到沒有衝突，插入這個值，語句執行結束；
• 對於非惟一索引來講，直接將記錄更新在change buffer中，直接結束。

將數據從磁盤讀入內存涉及隨機 IO 的訪問，是數據庫裏面成本最高的操做之一。change buffer 由於減小了隨機磁盤訪問，因此對更新性能的提高是會很明顯的。

change buffer 的使用場景

經過上面的分析，你已經清楚了使用 change buffer 對更新過程的加速做用，也清楚了 change buffer 只限於用在普通索引的場景下，而不適用於惟一索引。那麼，如今有一個問題就是：普通索引的全部場景，使用 change buffer 均可以起到加速做用嗎？

由於 merge 的時候是真正進行數據更新的時刻，而 change buffer 的主要目的就是將記錄的變動動做緩存下來，因此在一個數據頁作 merge 以前，change buffer 記錄的變動越多（也就是這個頁面上要更新的次數越多），收益就越大。所以，對於寫多讀少的業務來講，頁面在寫完之後立刻被訪問到的機率比較小，此時 change buffer 的使用效果最好。這種業務模型常見的就是帳單類、日誌類的系統。

反過來，假設一個業務的更新模式是寫入以後立刻會作查詢，那麼即便知足了條件，將更新先記錄在 change buffer，但以後因爲立刻要訪問這個數據頁，會當即觸發 merge 過程。這樣隨機訪問 IO 的次數不會減小，反而增長了 change buffer 的維護代價。因此，對於這種業務模式來講，change buffer 反而起到了反作用。

change buffer 和 redo log

假設須要在表上執行以下語句

mysql> insert into t(id,k) values(id1,k1),(id2,k2);
複製代碼

這裏，咱們假設當前 k 索引樹的狀態，查找到位置後，k1 所在的數據頁在內存 (InnoDB buffer pool) 中，k2 所在的數據頁不在內存中。如圖 2 所示是帶 change buffer 的更新狀態圖。

這條更新語句作了以下的操做（按照圖中的數字順序）： Page 1 在內存中，直接更新內存；

age 2 沒有在內存中，就在內存的 change buffer 區域，記錄下「我要往 Page 2 插入一行」這個信息將上述兩個動做記入 redo log 中

同時，圖中的兩個虛線箭頭，是後臺操做，不影響更新的響應時間。

那在這以後的讀請求，要怎麼處理呢？好比，咱們如今要執行 select * from t where k in (k1, k2)。

讀 Page 1 的時候，直接從內存返回。有幾位同窗在前面文章的評論中問到，WAL 以後若是讀數據，是否是必定要讀盤，是否是必定要從 redo log 裏面把數據更新之後才能夠返回？實際上是不用的。你能夠看一下圖 3 的這個狀態，雖然磁盤上仍是以前的數據，可是這裏直接從內存返回結果，結果是正確的。要讀 Page 2 的時候，須要把 Page 2 從磁盤讀入內存中，而後應用 change buffer 裏面的操做日誌，生成一個正確的版本並返回結果。能夠看到，直到須要讀 Page 2 的時候，這個數據頁纔會被讀入內存。

redo log 主要節省的是隨機寫磁盤的 IO 消耗（轉成順序寫），而 change buffer 主要節省的則是隨機讀磁盤的 IO 消耗。