MySQL硬核干货：从磁盘读取数据页到缓冲池时，免费链表有什么用？
1，数据库启动的时候，是如何初始化Buffer Pool的？
现在我们已经搞明白一件事儿了，那就是数据库的缓冲池到底长成个样式，大家想必都是理解了
其实说白了，里面就是会包含很多个缓存页，同时每个缓存页还有一个描述数据，也可以叫做是控制数据，但是我个人是比较称为称为数据，或者缓存页的元数据，都是可以的。
那么在数据库启动的时候，他是如何初始化Buffer Pool的呢？
其实这个也很简单，数据库只要一启动，就会按照您设置的缓冲池大小，稍微再增大一点，去找操作系统申请一块内存区域，作为缓冲池的内存区域。
然后当内存区域申请完成之后，数据库就会按照其中的缓存页面的16KB的大小以及对应的800个字节左右的描述数据的大小，在缓冲池中划分出来一个一个缓存页面和一个一个他们的他们对应的描述数据。
然后当数据库把缓冲池划分完毕之后，看起来就是之前我们看到的那张图了，如下图所示。
只不过这个时候，缓冲池中的一个一个的缓存页面都是空的，里面什么都没有，要等数据库运行起来之后，当我们要对数据执行增删改查的操作的时候，才会把数据对应的页面从磁盘文件里读取出来，加入缓冲池中的缓存页面中。
2，我们怎么知道哪些缓存页是临时的呢？
接着我们来看下一个问题，当你的数据库运行起来之后，你肯定会不停的执行增删改查的操作，此时就需要不停的从磁盘上读取一个一个的数据页放入缓冲池中的对应的缓存页里去，把数据缓存起来，那么以后就可以对这个数据在内存里执行增删改改了了。
但是此时在从磁盘上读取数据页加入缓冲池中的缓存页的时候，必然涉及到一个问题，那就是其中的缓存页面是替换的？
因为有时情况下磁盘上的数据页和缓存页是一一对应起来的，都是16KB，一个数据页对应一个缓存页。
所以我们必须要知道缓冲池中某些缓存页是较高的状态。
所以数据库会为缓冲池设计一个免费链表，他是一个双向链表数据结构，这个免费链表里，每个字节就是一个替换的缓存页的描述数据块的地址，从而，只要你一个缓存页是最初的，那么他的描述数据块就会被加入这个免费链表中。
刚开始数据库启动的时候，可能所有的缓存页面都是错误的，因为此时可能是一个空的数据库，一条数据都没有，所以此时所有缓存页的描述数据块，都会被放入这个免费链表中
我们看下图所示
大家可以看到上面出现了一个免费链表，这个免费链表里面就是各个缓存页的描述数据块，只要缓存页是其中的，那么他们对应的描述数据块就会加入到这个免费链表中，每个都会双向链接自己的前后两端，组成一个双向链表。
另外，这个免费链表有一个基础例程，他会引用链表的头计数器和尾巴，里面还存储了链表中有多少个描述数据块的中断，也就是有多少个缓存的缓存页。
3，免费链表占用多少内存空间？
可能有的人会以为这个描述数据块，在缓冲池里有一个副本，在空闲链表里也有一份，好像在内存里有两个一模一样的描述数据块，是么？
其实这么想就大错特错了。
这里要给大家讲明白一点，这个免费链表，他本身实际上就是由Buffer Pool里的描述数据块组成的，你可以认为是每个描述数据块里都有两个指针，一个是free_pre，一个是free_next ，分别指向自己的上一个免费链表的例程，以及下一个免费链表的例程。
通过缓冲池中的描述数据块的free_pre和free_next两个指针，就可以把所有的描述数据块串成一个空闲链表，大家可以自己去思考一下这个问题。上面为了画图需要，所以把描述数据块单独画了一份出来，表示他们之间的指针引用关系。
对于自由链表而言，只有一个基础例程是不属于缓冲池的，他是40字节大小的一个字节，里面就存放了自由链表的头计数器的地址，尾端的地址，还有自由链表里当前有多少个议员。
4，如何将磁盘上的页面读取到缓冲池的缓存页面中去？
好了，现在我们可以来解答这一篇文章的最后一个问题了，当你需要把磁盘上的数据页读取到缓冲池中的缓存页里去的时候，是怎么做到的？
其实有了free链表之后，这个问题就很简单了。
首先，我们需要从freechain表里获取一个描述数据块，然后就可以对应的获取到这个描述数据块对应的缓存页面，我们看下图所示。
随后我们就可以把磁盘上的数据页读取到对应的缓存页里去，同时把相关的一些描述数据写入缓存页的描述数据块里去，以该数据页所属的表空间之类的信息，最后把那个描述数据块从freechain表里移除就可以了，如下图所示。
可能有朋友还是疑惑，这个描述数据块是怎么从免费链表里移除的呢？
简单，我给你一段伪代码演示一下。
假设有一个描述数据块02，他的上一个例程是描述数据块01，下一个例程是描述数据块03，那么他在内存中的数据结构如下。
现在假设block03被使用了，要从free链表中移除，那么此时直接就可以把block02计数器的free_next设置为null就可以了，block03就从freechain表里失去引用关系了，如下所示。
想必看到这里，大家就完全明白，磁盘中的数据页是如何读取到缓冲池中的缓存页里去的了，而且这个过程中免费链表是用作干什么的。
5，你怎么知道数据页有没有被缓存？
接着我们来看下一个问题：你怎么知道一个数据页有没有被缓存呢？
我们在执行增删修订改查的时候，肯定是先看看这个数据页有没有被缓存，如果没被缓存就走上面的逻辑，从自由链表中找到一个缓存的页面，从磁盘上读取数据页写入缓存页，写入描述数据，从免费链表中可删除这个描述数据块。
但是如果数据页已经被缓存了，那么就会直接使用了。
所以实际上数据库将会有一个哈希表数据结构，他会用表空间号+数据页号，作为一个键，然后缓存页的地址作为值。
当你要使用一个数据页的时候，通过“ 表空间号+数据页号 ”作为密钥去这个哈希表里查一下，如果没有就读取数据页，如果已经有了，就说明数据页已经被缓存了。
我们看下图，又约会了一个数据页缓存哈希表的结构。
也就是说，每次您重新读取一个数据页到缓存之后，都会在这个哈希表中写入一个键值对，键就是表空间号+数据页号，值就是缓存页的地址，那么下次如果你再使用这个数据页，就可以从哈希表里直接读取出来他已经被放入一个缓存页了。
6，今天思考题
今天我们给大家留一个思考题，大家去想一个问题，我们要取一个数据的时候，必然会取他所属的一个数据页，而且这个数据必然是属于一个表的，所以我们在上面初步约会了一个表空间的概念
也就是说我们写SQL的时候，只知道表+行的概念，但是在MySQL内部操作的时候，是表空间+数据页的概念。
那么大家觉得这两者之间的区别是什么？他们之间的联系是什么？
请大家积极在评论区写下你的思考，多跟其他同学在评论区中交流。
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