Mysql的BufferPool与Free、Flush、Lru链表

1. BufferPool

操作系统，会有缓冲池 (buffer pool) 机制，避免每次访问磁盘，以加速数据的访问

MySQL 作为一个存储系统，同样具有缓冲池 (buffer pool) 机制，以避免每次查询数据都进行磁盘 IO
(磁盘读写是按页读取，一次至少读一页数据，一般是4K)

BufferPool一般存储的是经常访问的数据，而持久化的数据会放入磁盘

BufferPool是内存上的一块区域，可以看作是一个数组，因为C语言在开辟内存空间的时候，是一个数组，BufferPool默认大小是128M

通过以下例子和描述来理解BufferPool的运行机制：

例如MySql数据库发起一个查询请求 select * from test_db where id = 9

该查询请求会经历以下步骤：

① 先从BufferPool中查找，没有的话就到磁盘中去查找

② 当在查找到了之后，如果是在磁盘上，则会将查询到的结果从磁盘中复制该页的数据到Buffer Pool中

当第二次还有相同请求发起的时候 select * from test_db where id = 9，就会在BufferPool中读取到数据

2. 管理BufferPool的链表

在Innodb中，有free、Flush、Lru三种链表管理，所以可以描述为Free、Flush、Lru链表是为了管理BufferPool而存在的

(1) Free List

当sql语句执行多了之后，比如update语句执行多了，会出现BufferPool中间有的页数据持久化移动到了硬盘，这时会在数组中间出现许多空闲页

这是因为BufferPool因为是以数组存储的方式，所以才会出现许多中间空闲的页

那么这时会有一种叫做Free List链表管理空闲页

Free链表由基节点和子节点组成，子节点有控制块，控制块即是空闲页中的一个对象，利用它用来定位空闲页

在后续要再从硬盘读取数据copy到BufferPool的时候，会直接到Free链表去找空闲页的位置

(2) Flush List

当BufferPool中的页发生改变时，会变成脏页，脏页会添加到Flush链表上去控制

MySql数据库后台会有一个线程，专门定时去flush链表查找脏页，从而需要修改保存数据的时候，就直接将该脏页持久化到硬盘上

(3) Lru List

Lru(最近最近未使用)

当BufferPool满了之后，会将不常用的页给淘汰掉，这种淘汰机制会有一个链表去控制，这种链表叫 Lru链表

最原始的Lru链表如下

Lru链表的淘汰机制

① 当有新数据从硬盘读取到BufferPool的时候，会插入到Lru链表的头部，表示这是最近最新用到的数据

② 当BufferPool中有再次使用到的数据页时，页会更新到lur链表的头部

③ 那么这时 ：Lru 链表最后一个数据就代表是最久没用到过的数据，淘汰的时候就会删除尾部的节点和对应的页来实现淘汰机制

最原始的 Lur链表 的缺点：

当查询的数据量比较大的时候，比如说全表扫描，每次都会替换掉BufferPool中的页，如果过大可能是全部都替换，很多热点数据页(经常访问的数据)也会被淘汰，当然也会很影响性能

为了解决这个问题，Innodb将Lru链表分成了5/8的热数据区域和3/8的冷数据区域，变成了升级后的Lru链表，如下图

新的 Lru 淘汰机制(专业词汇是称为页面置换算法)

当有新的数据页要从磁盘读取出来存储在BufferPool时，会将冷数据区域最后一个淘汰，并将该页存储在冷数据区域的头节点

从冷数据区域移动到热数据区域的原则：

如果对于冷数据区域一页数据的两次请求时间间隔<1秒，则不会移动
因为InnoDB会认为是在做全表扫描

如果对于冷数据区域一页数据的两次请求时间间隔>1秒，则会移动到热数据区域
因为这时InnoDB会认为这是客户端频繁请求的数据，所以放入热数据区域