上一篇：Mysql——InnoDB存储引擎Checkpoint
简介
变更缓冲区（原来的Insert Buffer）是一种特殊的数据结构，存储位置在：
- 缓冲池；
- 磁盘的系统表空间；
大多数场景，辅助索引页的访问都会造成随机的IO，相对顺序IO来讲效率非常差，对于辅助索引数据的INSERT，UPDATE或DELETE操作，对辅助索引操作来说，性能影响很大。需要去磁盘扫描辅助索引，数据量大的时候通常会有多次的随机IO，才找到对应辅助索引页。因此Change Buffer正是来解决这个问题的。
Change Buffer工作原理
辅助索引数据的INSERT，UPDATE或DELETE操作，innoDB首先判断辅助索引的页是否在缓冲池中，如果在，则直接操作；如果不在，则先放到缓冲池的Change Buffer中，然后通过后台线程按照一定的频率和情况进行Change Buffer和辅助索引页的merge（合并）操作，通常能将多次的操作合并成一次操作（一个索引页包含多个索引数据），这就大大提高了辅助索引数据操作的性能，可以通过
innodb_change_buffer_max_size调整变更缓冲大小，默认是25，最大只能设置为50，按照百分比取值。
Change Buffer的使用需要满足以下两个条件：
- 索引是辅助索引；
- 索引不是唯一的；
当满足以上两个条件的时候，InnoDB会使用Change Buffer，这样就能提高DML操作性能。当然该机制也有一定的弊端：比如，大量的DML操作导致大量的Change Buffer没有合并到辅助索引页中，如果发生了宕机，重启恢复需要很长的时间。
考虑一个问题，为什么Change Buffer规定索引不是唯一的？
答案很明显，Change Buffer设计的初衷就是为了减少磁盘随机IO，如果是唯一索引，需要多一步索引唯一性校验是需要访问磁盘的，如果是这样就会失去了意义。
Change Buffer数据结构
Change Buffer的数据结构实际上是一颗B+ Tree，由所有表进行Change Buffer的非唯一辅助索引组成。
B+ Tree每个节点存储内容如下：
| space | marker | offset | metadata | secondary index record |
|---|---|---|---|---|
| 表空间id 占用4个字节 | 区分新老版本 占用1个字节 | 索引页偏移量，即page_no 占用4个字节 | 元数据 占用4个字节 | 辅助索引记录 |
metadata存储内容如下：
| IBUF_REC_OFFECT_COUNT | IBUF_REC_OFFECT_TYPE | IBUF_REC_OFFECT_FLAGS |
|---|---|---|
| 用来排序每个记录进入Change Buffer的顺序 占用2个字节 | 对用缓存的操作类型 占用1个字节 | 表示行格式 占用1个字节 |
为了保证每次都能merge成功，还需要有一个特殊的页来标记每个辅助索引页（space，page_no）的可用空间。这个就是Insert Buffer Bitmap，每个Insert Buffer Bitmap页用来追踪16384个辅助索引页。每个辅助索引页在Insert Buffer Bitmap存储结构如下：
| IBUF_BITMAP_FREE | IBUF_BITMAP_BUFFERED | IBUF_BITMAP_IBUF |
|---|---|---|
| 表示该辅助索引页的可用空间（占用2个bit）： 0 表示无可用空间 1 表示剩余空间>1/32 2 表示剩余空间>1/16 3 表示剩余空间>1/8 | 1 表示该辅助索引页有记录被缓存到Change Buffer中（占用1个bit） | 1 表示该页是Change Buffer B+ Tree的页 |
Change Buffer工作状态
可以通过SHOW ENGINE INNODB STATUS;查看Change Buffer工作状态：
如上图所示，首先看下Ibuf那一行：
- size：表示已经合并到辅助索引页的数量；
- free list len：表示空闲列表长度；
- seg size：表示当前Change Buffer的大小，2*16KB；
- merges：表示合并的次数；
- merged operations：表示每个具体操作合并的次数；
- insert：表示插入操作；
- delete mark：表示删除标记操作；
- delete：表示物理删除操作；
- discarded operations：表示操作的表已经被删除，不需要合并的每个具体操作次数；
InnoDB提供了innodb_change_buffering配置，可选值如下：
| 选项 | 说明 |
|---|---|
| inserts | 插入缓冲； |
| deletes | 删除标记缓冲； |
| changes | 更新缓冲，由两个上面inserts、deletes组成； |
| purges | 缓冲在后台发生的物理删除操作； |
| all | 表示启用上面所有； |
| none | 表示什么都不启用； |
Change Buffer合并操作触发
- 辅助索引页被读取到缓冲池：
当辅助索引页被读取到缓冲池时，需要检查Insert Buffer Bitmap页IBUF_BITMAP_BUFFERED==1？如果是，则触发合并操作； - Insert Buffer Bitmap页追踪到改辅助索引页无可用空间时：
插入辅助索引页时，检测到此次插入后的辅助索引页大小会<1/32，就会强制触发合并操作； - Master Thread：每秒或每10秒触发一次合并操作；在Change Buffer B+ Tree中，树的节点根据(space, offset)排序。Master Thread会随机选择Change Buffer B+ Tree的一个节点，读取从该节点开始到之后所需要的节点数量。比如Master Thread合并变更缓存的数量=5，那么就随机选择一个节点，从该节点之后的5个节点（包括第一个选中的节点）。
