MySQL十七：Change Buffer

尺有所短，寸有所长；不忘初心，方得始终。

在之前的文章《InnoDB的存储结构》介绍的InnoDB的存储结构的组成中，我们知道Change Buffer也是用InnoDB内存结构的组成部分。

Change Buffer主要是为了在写入是减少磁盘IO而存在的，

一、什么是Change Buffer

在《Buffer Pool》中介绍了buffer pool会缓存热的数据页和索引页，减少磁盘读操作，而对于磁盘的写操作，innoDB同样也有类似的策略，即通过change buffer缓解磁盘写操作产生的磁盘IO。

• Change Buffer是在【非唯一普通索引页】不在buffer pool中时，当对页进行了写操作时，在不影响数据一致性的前提下。InnoDB会将数据先写入Change Buffer中，等未来数据被读取时，再将 change buffer 中的操作merge到原数据页中。

• 在MySQL5.5之前，只针对insert做了优化，叫插入缓冲(insert buffer)，后面进行了优化，对delete和update也有效，叫做写缓冲(change buffer)。

二、Change buffer 执行过程

我们知道当执行写操作时，数据页存在于Buffer Pool中时，会直接修改数据页。那如果数据页不存在于Buffer Pool中时，过程会有一些不一样，这种情况会将写操作缓存到Change Buffer中，等未来在特定条件下其合并到Buffer Pool中。因此当需要执行一个写入操作时，一般分为走Change buffer和不走Change buffer两种情况。

2.1 写入的数据页在内存中

这种情况在在《Buffer Pool》的第4.3.2节 Flush链表写入过程中已经提过了，感兴趣的可以去看看，不看也没关系，这里在写一遍，凑一下字数~~

当我们在写入数据的时候，写入的数据页在内存中，MySQL不会直接更新直接更新磁盘，而是经过以下两个步骤：

• 第一步：更新Buffer Pool中的数据页，一次内存操作；
• 第二步：将更新操作顺序写Redo log，一次磁盘顺序写操作；

这样的效率是最高的。顺序写Redo log，每秒几万次，问题不大。

这种情况是被更新的数据已经别加载到Buffer Pool的前提下。

• 是否会产生数据一致性问题

  • 读取数据，会命中缓冲池的页（已经被修改）。
  • 缓冲池LRU数据淘汰，则会将【脏页】刷回磁盘。
  • 数据库奔溃，redo log可以恢复数据。

  因此写入的数据页在内存中这中情况不会产生数据一致性问题

2.2 写入的数据页不在内存中

当我们修改的数据所在的数据页之前没有别读取过，或者干脆就是一条插入语句，则会经过以下两个步骤：

• 第一步：在Change buffer中记录这个写入操作，一次内存操作。
• 第二步：将写入操作顺序写Redo log，一次磁盘顺序写操作；

可以看到，这种方式跟上面的方式仅仅只是第一步写入的位置不一样而已，而且都是内存操作。

如果没有Change buffer，那更新可能会变成

• 第一步：先从磁盘读取所在数据页加载到缓冲池，一次磁盘随机读操作；
• 第二步：更新Buffer Pool中的数据页，一次内存操作；
• 第三步：将更新操作顺序写Redo log，一次磁盘顺序写操作；

也就是会多一次磁盘IO，磁盘IO相比较内存操作时很慢的，并发下性能就会急剧下降。

这种方式的效率跟第一次差不多，写缓冲是降低磁盘IO，提升数据库写性能的一种机制。

是否会产生数据一致性问题

• 读取数据，会将Change Buffer中的数据合并到Buffer Pool中。
• 如果没有读取，Change也会被被定期刷盘到写缓冲系统表空间。
• 数据库奔溃，redo log可以恢复数据。

因此写入的数据页不在内存中这中情况也不会产生数据一致性问题。

三、Change Buffer大小配置

从下图中可以看出，Change Buffer被包含在了Buffer Pool中的，change buffer用的是buffer pool里的内存，由于Buffer Pool的内存大小是有限制的，所以change buffer大小也是有限制的，可通过参数innodb_change_buffer_max_size设置。

show variables like '%innodb_change_buffer_max_size%';

• innodb_change_buffer_max_size表示允许change_buffer占Buffer Pool总大小的百分比，默认值为25%，最大可设置为50%。
  • 当在系统中有大量插入，更新和删除操作时，可以增大innodb_change_buffer_max_size，以提高系统的写入性能。
  • 当在系统中有大量查询操作时，可以减小innodb_change_buffer_max_size，以减少Buffer Pool中数据页的淘汰的概率，提高系统的读取性能。
• innodb_change_buffer_max_size 设置是动态的，它允许修改设置而无需重新启动服务器。

四、配置Change Buffer的类型

前面说到Change Buffer在MySQL5.5之后可以支持新增、删除、修改的写入，对于受I/O限制的操作（大量DML、如批量插入）有很大的性能提升价值。但是对于一些特定的场景，可以通过修改innodb_change_buffering来变更Change Buffer支持的类型，分别为插入，删除，清除启用或禁用缓冲，更新操作是插入和删除的组合。

show variables like '%innodb_change_buffering%';

• all ：默认值，缓冲区插入，删除和清除。
• none：不缓存任何操作
• inserts：缓冲区插入操作。
• deletes：缓冲区删除标记操作。
• changes：缓冲区插入和删除标记操作。
• purges：缓冲区在后台发生的物理删除操作。

五、Change buffer被merge的时机

既然Change buffer是单独内存中，写入之后会被合并到Buffer Pool中,那么是时候时候会被merge呢？

Change buffer会被merge触发时机

• 读取Change buffer中记录的数据页时，会将Change buffer合并到buffer Pool 中，然后被刷新到磁盘。
• 当系统空闲或者slow shutdown时，后台master线程发起merge。
• change buffer的内存空间用完了，后台master线程会发起merge。
• redo log写满了，但是一般不会发生。

六、Change buffer为什么只对非唯一普通索引页有效

不知道大家有没有印象，在本文第一节就重点说了一个词【非唯一普通索引页】，Change buffer只有在非唯一普通索引页时才生效，这是为什么呢？

相信大家在日常工作中会经常遇到一个问题：主键冲突。

• 主键索引，唯一索引

  实际上对于【唯一索引】的更新，插入操作都会先判断当前操作是否违反唯一性约束，而这个操作就必须要将索引页读取到内存中，此时既然已经读取到内存了，那直接更新即可，没有需要在用Change buffer了。

• 非唯一普通索引

  不需要判断当前操作是否违反唯一性约束，也就不需要将数据页读取到内存，因此可以直接使用 change buffer 更新。

基于此，Change buffer只有对普通索引可以使用，对唯一索引的更新无法生效。