前言
我們了解到buffer pool 是InnoDB獨有的一個內(nèi)存結構，之前初步了解到數(shù)據(jù)的增刪改都是在這塊內(nèi)存里面執(zhí)行。因為我們不可能直接在磁盤中對數(shù)據(jù)進行增刪改，如果對磁盤的隨機讀寫，速度會非常的慢，就更別談每秒處理上千的請求了。之前也描述過雖然是在buffer pool是在內(nèi)存中，但MySQL有非常嚴謹?shù)亩档追椒?，就算宕機了，也可以配合 redo log 來進行數(shù)據(jù)的更新和刷盤。那buffer pool究竟長什么樣子？
1. buffer pool 占用多少內(nèi)存，多少合適？
buffer pool是一個內(nèi)存數(shù)據(jù)結構，在MySQL內(nèi)部肯定是占有一定的內(nèi)存。
buffer pool的默認大小是128M，這個可以根據(jù)實際環(huán)境來進行分配。MySQL官網(wǎng)給出的建議是大小占用實際環(huán)境的80%，比如MySQL服務器是一個8核16G的機器，則可以分配12G內(nèi)存。
innodb_buffer_pool_size = 12,884,901,888
2. buffer pool 存儲的是什么樣的數(shù)據(jù)？
大家都清楚數(shù)據(jù)庫的核心數(shù)據(jù)模型是表+字段+行的概念，也就是說數(shù)據(jù)庫有很多個表，表里面有很多的字段，每個字段都有對應的值，一行一行的數(shù)據(jù)構成了表。那有沒有可能buffer pool儲存的是一行一行的數(shù)據(jù)？
答案不是的。實際上MySQL對數(shù)據(jù)抽象出了一個數(shù)據(jù)頁的概念，他把很多行數(shù)據(jù)放在了一個數(shù)據(jù)頁里，也即是說磁盤文件里有很多的數(shù)據(jù)頁，每一個數(shù)據(jù)頁里放了很多行數(shù)據(jù)。
所以實際上，更新一行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫找到這行數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)頁，然后從磁盤中把數(shù)據(jù)頁加載到buffer pool中。也就是說，buffer pool存放的是一個一個的數(shù)據(jù)頁。
3. 磁盤中的數(shù)據(jù)頁與buffer pool中的緩存頁如何對應起來？
默認情況下，一個數(shù)據(jù)頁的大小為16kb，，包含了16kb的內(nèi)容，而buffer pool中緩存頁跟數(shù)據(jù)頁是一一對應的，即是說buffer pool中緩存頁的大小也為16kb。
而每個緩存頁在buffer pool中都有對應的描述信息。描述信息也是一個數(shù)據(jù)塊，相當于緩存頁大小的5%，里面描述了該數(shù)據(jù)頁所屬的表空間、數(shù)據(jù)頁的編號、這個緩存頁在buffer pool中的地址等信息。每個描述信息放在buffer pool最前面，各個緩存頁放在后面。
4. 初始化buffer pool
數(shù)據(jù)庫在啟動階段是如何初始化buffer pool的呢？
當數(shù)據(jù)庫啟動的時候便會向操作系統(tǒng)申請一塊內(nèi)存給buffer pool，內(nèi)存區(qū)域申請完畢后，就會按照默認的緩存頁大小16kb和描述信息塊的800左右的字節(jié)在buffer pool中劃分出來一個一個的緩存頁和他們所對應的描述數(shù)據(jù)塊。
只不過這時的緩存頁都是空的，等數(shù)據(jù)庫完全運行起來，我們執(zhí)行增刪查改的時候，才會把對應的數(shù)據(jù)頁加載到緩存頁中。
5. 如何區(qū)分空閑緩存頁--free鏈表
在不停的增刪改查下，MySQL會不停的把數(shù)據(jù)頁從磁盤中加載到緩存中里。隨著16kb的數(shù)據(jù)頁不停的加載，那是如何判斷哪些緩存頁是空閑的？
MySQL為buffer pool設計了free鏈表。在buffer pool中，每一個空閑的緩存頁對應的描述數(shù)據(jù)塊通過頭節(jié)點和尾節(jié)點連接在一起，形成一個free鏈表。
每當數(shù)據(jù)頁加載到buffer pool中，對應描述數(shù)據(jù)塊就會記錄相關的信息，找到相應的緩存頁緩存數(shù)據(jù)頁，然后從free鏈表中移除此描述數(shù)據(jù)塊。
即如果緩存頁是空閑的，他的描述數(shù)據(jù)塊必定存在這個雙向鏈表中。
除此之外，還會有一個基礎節(jié)點，引用鏈表的頭節(jié)點和尾節(jié)點，記錄free鏈表的節(jié)點數(shù)，即空閑緩存頁的個數(shù)。
free鏈表是由buffer pool的空閑描述數(shù)據(jù)塊組成，并不會占用額外的內(nèi)存空間，如果緩存頁加載了數(shù)據(jù)，只會把節(jié)點從鏈表中移除。
6. 把磁盤的數(shù)據(jù)頁加載到buffer pool的緩存頁
有了free鏈表，這一步就很簡單了。
首先從free鏈表中獲取一個描述數(shù)據(jù)塊，就可以獲取到對應的空閑緩存頁，寫入描述信息，把磁盤上的數(shù)據(jù)頁讀取到緩存頁，最后移除對應的描述數(shù)據(jù)塊。
關于數(shù)據(jù)塊如何從free鏈表中移除，可以參考以下偽代碼：
假設節(jié)點02，上一個節(jié)點是01，下一個節(jié)點是03
DescriprionDataBlock() {
block_id = 02;
free_pre = 01;
free_next = 03;
}
當03節(jié)點從free鏈表中移除，則把free_next 設置為null就可以了，03在free鏈表中就是去了引用關系。
DescriprionDataBlock() {
block_id = 02;
free_pre = 01;
free_next = null;
}
7. 如何判斷數(shù)據(jù)頁有沒有被緩存？
在執(zhí)行增刪查改的時候，首先肯定是判斷數(shù)據(jù)頁有沒有被緩存，如果沒有，則走上面的邏輯，從free鏈表中找一個空閑的緩存頁，從磁盤讀取數(shù)據(jù)頁寫入緩存頁，寫入描述信息，從free鏈表中移除此描述數(shù)據(jù)塊。
如果數(shù)據(jù)頁已經(jīng)存在緩存里，那么就會直接使用。
所以MySQL還會有一個哈希表數(shù)據(jù)結構，用表空間號+數(shù)據(jù)頁編號作為kye，緩存頁地址作為value。
當需要數(shù)據(jù)頁的時，就會用表空間號+數(shù)據(jù)頁編號作為key去哈希表查，如果沒有就讀取數(shù)據(jù)頁，如果有就說明數(shù)據(jù)頁已經(jīng)被緩存了。
也就是說，每將數(shù)據(jù)頁讀取到緩存頁，都會在哈希表寫入一個key-value。
8. 臟頁--flush鏈表
在buffer pool的緩存頁中，有查詢出來的還沒有更新的，有已經(jīng)更新過數(shù)據(jù)的。更新過數(shù)據(jù)的緩存頁肯定和磁盤上的不一致，這些緩存頁便是臟數(shù)據(jù)，臟頁。
這些臟頁最終都是被隨機刷入磁盤，但如何區(qū)分哪些緩存頁是臟頁?
數(shù)據(jù)庫引入了跟free鏈表相似的flush鏈表，本質(zhì)上flush鏈表也是有緩存頁的描述數(shù)據(jù)塊的兩個指針組成的一個鏈表，只是這里是被修改過的緩存頁的描述數(shù)據(jù)塊。
但凡修改過的緩存頁，都會把它相應的描述數(shù)據(jù)塊加入到flush鏈表中，等待刷盤。
