简单分析mysql的InnoDB存储引擎的内存架构

上图是mysql官方文档中提供的InnoDB架构图，左侧是内存架构，右侧则是磁盘架构。本文主要对内存架构简单分析下，下次再说磁盘架构。

首先，我们了解一些InnoDB的基础概念：
InnoDB中数据从磁盘加载进内存的最小逻辑单位是16kb（16384个字节），叫做“页”（page）。
问：就会想为什么这么定义呢？如果一次我只读1kb的数据，那IO时不就浪费了15kb的空间吗？
答：这就是预读的思想，它会认为你读取这个数据后，很快就会读取这条数据后的数据了。所以就提前把这条数据相邻的数据也加载进内存

读缓存（buffer pool）

我们都知道，与磁盘的io是很消耗性能的。为了减少与磁盘的io次数。InnoDB在内存中开辟了一个buffer pool的区域（缓冲区），下次读取的时候，会先在这个缓冲区找，如果没有再去磁盘上找。修改数据的时候，会先修改内存区域中的数据，然后在mysql的后台里有一些线程专门进行批量刷新到磁盘的操作。这样就能提高我们应用的吞吐量。
查看buffer pool信息的命令：show variables like '%innodb_buffer_pool%';

如上图：innodb_buffer_pool_size的默认值为402653184kb也就是128mb。
问：如果这个pool满了怎么办？
答：它会采用一种淘汰机制：LRU算法，或许你在别的地方见过或听说过。也就是会淘汰掉最近最少使用数据。当然，mysql并不是采用普通的LRU算法，而是对它进行了升级并使用。为了解决“预读失效”，“缓冲池污染”的问题。（这里就简单的了解一下，详细的请看这篇文章）。

写缓存(change buffer)

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？增删改的时候如果没有在buffer pool中命中，那么至少要和磁盘进行一次io，加载进内存才能操作。有没有更好的方式？
写缓存在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)。
在我们修改数据时，如果数据所在的页不是唯一索引，那么数据在修改的时候InnoDB不必进行唯一性检查了。这个时候根本不需要先把数据从磁盘加入到内存中，而是直接把修改的记录放在change Buffer缓冲池里，然后有后台的线程批量的刷新到磁盘。
查看change buffer信息的命令：show variables like '%innodb_change_buffer%';

如上图：
innodb_change_buffer_max_size：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%。（写多读少的业务，才需要调大这个值，读多写少的业务，25%绰绰有余）
innodb_change_buffering：配置哪些写操作启用写缓冲，可以设置成all/none/inserts/deletes等。

redo log

上面说到了，数据增删改的操作，那么问题来了。
问：如果修改的数据还没刷到磁盘上，mysql就挂了怎么说，那change buffer里的数据不就玩完了吗？当然这肯定是有解决方案的。
答：为了防止内存中的增删改数据丢失，InnoDB里设计了一个日志文件redo log，把这些修改写入到这个日志文件里持久化到磁盘，万一发生崩溃，重启时就会从redo log文件中读取数据，把这些数据恢复到磁盘上。这就是mysql对崩溃恢复做的处理。相当于对内存区域的持久化。
又问：那这写入到redo log也是与磁盘IO，那还不如直接写到数据库的磁盘类。反正都是磁盘IO凭啥写入到redo log快？
答：这就要扯到随机IO和顺序IO了。
随机IO：假设我们所需要的数据是随机分散在磁盘的不同页的不同扇区中的，那么找到相应的数据需要等到磁臂（寻址作用）旋转到指定的页，然后盘片寻找到对应的扇区，才能找到我们所需要的一块数据，一次进行此过程直到找完所有数据，这个就是随机IO，读取数据速度较慢。
顺序IO：假设我们已经找到了第一块数据，并且其他所需的数据就在这一块数据后边，那么就不需要重新寻址，可以依次拿到我们所需的数据，这个就叫顺序IO。
很明显，顺序IO的效率远高于随机IO，而写入到redo log 就是顺序IO，可以延迟刷盘的时机，提高系统的吞吐量。
注意：redo log也不是发生一次sql的操作就发生IO写入一次的，它也有一个缓冲区Log Buffer，也是记录一系列操作后在通过线程刷新到redo log文件里。InnoDB中才有redo log，主要就是记录数据页的改动，redo log文件默认48Mb，超了就会覆盖，覆盖前会先刷盘。

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