什么是MySQL的"內存數據加速器"——Buffer Pool？
我們都知道，MySQL 的數據（除了 Memory 引擎外）都存儲在磁盤上。然而，若每次查詢和修改都直接與磁盤交互，性能將會非常低下。
因此，為了提升讀寫性能，Innodb 引擎引入了一個中間層，即緩沖池（buffer pool）。
緩沖池是內存中一塊連續的空間，主要用于緩存數據頁。每個數據頁的大小為 16KB。
頁是 Innodb 進行數據存儲的基本單元，無論是在磁盤還是在緩沖池中，數據的讀取都是以頁為單位進行的，這也體現了一種“預讀”的思想。
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有了緩沖池之后，當我們進行數據查詢時，InnoDB 會首先檢查緩沖池中是否存在該數據。如果存在，數據就可以直接從內存中獲取，避免了頻繁的磁盤讀取，從而提高查詢性能。如果不存在，則會去磁盤中讀取數據，并將找到的數據頁復制到緩沖池中，再返回給客戶端。這樣，后續的查詢可以直接從緩沖池中就近讀取數據。
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當需要進行數據修改時，操作也會先在緩沖池中進行，然后再將修改后的數據寫入磁盤。
然而，由于緩沖池是基于內存的，其空間不可能無限大，默認大小為 128M。當然，這個大小并不是固定的，我們可以通過修改 MySQL 配置文件中的 innodb_buffer_pool_size 參數來調整緩沖池的大小。
# 查看buffer pool
SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_buffer_pool_size';
# 修改buffer pool
SET GLOBAL innodb_buffer_pool_size = 512M;擴展知識
InnoDB 的數據頁
上面提到了 InnoDB 的數據頁，它和 B+樹的關系是怎樣的呢？
InnoDB 的數據頁是其存儲引擎中用于存儲數據的基本單位。數據頁在磁盤上是一個連續的區域，通常大小為 16KB，當然也可以通過配置進行調整。16KB 意味著 InnoDB 的每次讀寫操作都是以 16KB 為單位的，即一次從磁盤讀取到內存的最小單位是 16KB，從內存寫入到磁盤的最小單位也是 16KB。
在 B+樹結構中，每個節點都對應著一個數據頁，包括根節點、非葉子節點和葉子節點。B+樹通過節點之間的指針連接不同層級的數據頁，從而構建出一個有序的索引結構。
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通過 B+樹的搜索過程，可以從根節點開始逐層遍歷，最終到達葉子節點，找到所需的數據行。
因此，數據頁是存儲數據行的實際物理空間，以頁為單位進行磁盤讀寫操作。B+樹通過節點和指針的組織，構建了一個層次結構的索引，用于快速定位和訪問數據行。
B+樹的非葉子節點對應著數據頁，其中存儲著主鍵及指向子節點（即其他數據頁）的指針。B+樹的葉子節點包含實際的數據行，每個數據行存儲在一個數據頁中。
通過這種方式，InnoDB 利用 B+樹和數據頁的組合，實現了高效的數據存儲和檢索。B+樹提供了快速的索引查找能力，而數據頁提供了實際存儲和管理數據行的機制。它們相互配合，使得 InnoDB 能夠處理大規模數據的高效訪問。
數據頁的構成
一個數據頁包含七個部分，分別是文件頭、頁頭、最小和最大記錄、用戶記錄、空閑空間、頁目錄以及文件尾。
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buffer pool 和 query cache 的區別
在 InnoDB 中，除了緩沖池（Buffer Pool），還有另一個緩存層用于數據緩存，提升查詢效率。很多人容易混淆它與緩沖池的區別。
首先，它們的目的和作用不同。緩沖池用于緩存表和索引的數據頁，從而加速讀取操作；而查詢緩存（Query Cache）用于緩存查詢結果，減少重復查詢的執行時間。
緩沖池主要與存儲引擎 InnoDB 相關，而查詢緩存也支持其他引擎，如 MyISAM 等。因此，查詢緩存位于服務器層的優化技術，而緩沖池位于引擎層的優化技術。
需要注意的是，在 MySQL 5.7 版本中，查詢緩存已經被標記為廢棄，并在 MySQL 8.0 版本中徹底被移除。
buffer pool 的讀寫過程是怎么樣的？
MySQL 的緩沖池（Buffer Pool）是一個內存區域，用于緩存數據頁，從而提高查詢性能。讀寫過程涉及將數據從磁盤讀取到內存、在內存中進行修改，并最終寫回磁盤。
讀過程
當我們在 MySQL 執行一個查詢請求時，其過程如下：
- MySQL 首先檢查緩沖池（Buffer Pool）中是否存在本次查詢的數據。如果數據在緩沖池中，就直接返回結果。
- 如果數據不在緩沖池中，MySQL 會從磁盤讀取數據。
- 讀取的數據頁被放入緩沖池，同時 MySQL 會將請求的數據返回給應用程序。
讀取過程相對簡單，而緩沖池的寫入過程則稍顯復雜。
寫過程
當執行一次更新語句（如 INSERT、UPDATE 或 DELETE）時，MySQL 的過程如下：
- 應用程序執行寫操作時，MySQL 首先將要修改的數據頁加載到緩沖池（Buffer Pool）中。
- 在緩沖池中，對數據頁進行修改，以滿足寫請求。這些修改只在內存中進行，不會立即寫回磁盤。
- 如果緩沖池中的數據頁被修改過，MySQL 會將這個頁標記為“臟頁”（Dirty Page）。
- 臟頁會被后臺線程寫回磁盤，這個過程稱為臟頁刷盤。寫入操作完成后，數據得以持久化。
需要注意的是，臟頁的寫回磁盤是由后臺線程進行的。在 MySQL 服務器空閑或負載較低時，InnoDB 會執行臟頁刷盤操作，以減少對用戶線程的影響，從而降低性能的影響。
參考文檔：https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-buffer-pool-flushing.html
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當臟頁的百分比達到innodb_max_dirty_pages_pct_lwm變量定義的低水位標記時，將啟動緩沖池的刷新。緩沖池頁的默認低水位標記為 10%。將innodb_max_dirty_pages_pct_lwm值設為 0 會禁用這種提前刷新行為。
InnoDB 還采用了一種適應性刷新算法，根據 redo log 的生成速度和當前的刷新率動態調整刷新速度。其目的是通過確保刷新活動與當前工作負載保持同步，來平滑整體性能。
當然，我們也可以通過執行SET GLOBAL innodb_buffer_pool_dump_now=ON來手動觸發臟頁刷新到磁盤。
此外，在 MySQL 服務器正常關閉或重啟時，所有的臟頁都會被刷新到磁盤，以確保數據持久化。
