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整体结构

Buffer Pool 本质是数据库的一个内存组件，Buffer Pool默认是128MB，可以通过下面这个配置调整大小

[server]
innodb_buffer_pool_size = 2147483648

在数据库中核心数据模式是：表+字段+行的概念，数据库中有多个表，一个表有很多行数据，每行数据都有自己的字段值，但是在Buffer Pool中数据并不是一行行存储，而是对数据抽象出来了一个数据页的概念，把很多行数据放在一个数据页里，一个Buffer Pool 存放很多页数据，所以在更新一行数据的时候，会先找到这行数据所在的数据页，然后从磁盘中将所在的数据页直接加载到Buffer Pool里，在更新对应的数据。

实际默认情况下，磁盘中存放的数据页大小是16KB，也就是一页面包含了16KB的内容，而Buffer Pool中存放的一个个数据页在默认情况下，一个缓存页的大小和磁盘上的数据页大小一一对应都是16KB。 每个缓存页都有一个描述信息，包含：这个数据页所在的表空间，数据页的编号，这个缓存页在Buffer Pool中的地址以及一些其他信息，这个描述信息本身也是一块数据，在Buffer Pool中，每个缓存页的描述数据放在最前面。 Buffer Pool中的描述数据大概相当于缓存页大小的5%左右，也就是每个描述数据大概是800个字节左右的大小，然后假设你设置的buffer pool大小是128MB，实际上Buffer Pool真正的最终大小会超出一些，可能有个130多MB的样子，因为他里面还要存放每个缓存页的描述数据。

free链表

数据库启动的时候，会按照设定的Buffer Pool大小的基础上稍微增大点，去找操作系统申请一块内存空间，作为Buffer Pool的内存区域，当内存申请完毕之后，数据库会按照默认的缓存页16KB的大小以及对应的800字节左右的描述数据的大小在Buffer Pool中划分出一个个的缓存页及对应的描述数据。这时候缓存页都是空的，当对数据进行CRUD的时候，才会把数据从磁盘中加载到缓存页中。 为了很清楚的知道哪些缓存页是空闲的，设计了free 链表，是一个双向链表的数据结构，在这个free链表里，每个节点都是一个空闲的缓存页描述数据块的地址，只要一个缓存页是空闲的，那么它的描述数据地址就会加入到这个free链表中。 free链表，他本身其实就是由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free链表的节点，以及下一个free链表的节点。 对于free链表而言，只有一个基础节点是不属于Buffer Pool的，他是40字节大小的一个节点，里面就存放了free链表的头节点 的地址，尾节点的地址，还有free链表里当前有多少个节点。 当需要将数据页读取到Buffer Pool中的缓存页里去的时候，首先从free链表中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空闲缓存页，接着把磁盘上的数据页读取到对应的缓存里去，同时把相关的描述数据写入缓存页的描述数据块里去，最后把那个描述数据从free链表里去除就可以。

当执行CRUD的时候，会先查看数据页有没有被缓存，如果没被缓存就会走缓存数据逻辑，从free链表中找到一个空闲的缓存页，从磁盘上读取数据页写入缓存页，写入描述数据，从free链表中移除这个描述数据块，如果数据页被缓存则会直接使用。 数据库还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key，然后缓存页的地址作为value。 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key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。

flush链表

当执行增删改的时候，会修改Buffer Pool中的缓存页数据，而不会直接修改磁盘上的数据，这个时候就会造成缓存页的数据与磁盘里的数据不一致，这种情况称缓存页为脏数据，脏页。 为了知道哪些页为脏页，数据块引入了flush链表， 这个链表本质也是通过缓存页的描述数据中的两个指针，让被修改的缓存页描述数据块，组成一个双向链表，凡是被修改过的数据页都会加入到flush链表中。

lru链表

当不停的把磁盘上的数据页加载到空闲缓存页中时，free链表中的空闲缓存页会越来越少，随着时间的推移，free链表中的空闲缓存页会没有，这个时候就需要将缓存页输入收入磁盘，腾出一部分空闲页，MySQL引入了LRU链表来把不常访问的缓存页刷入磁盘中。通过LRU链表可以将不常用的缓存页刷入磁盘，但是怎么判定哪些缓存页呢？这就要用到MySQL改进版的lru算法。

基于free链表、flush链表，lru链表机制，当数据加载到缓存页时，free链表会移除这个缓存页，然后lru链表在冷数据区域的头部放入这个缓存页，如果对缓存页进行了修改，flush链表会记录这个脏页，lru链表可能会对数据进行移动（冷数据区--->热数据区，热数据区---->热数据区头部）。并不是缓存页满的时候，才会把LRU冷数据尾部的几个缓存页刷入磁盘，而是有一个后台线程，他会运行一个定时任务，这个定时任务每隔一段时间就会把LRU链表的冷数据区域的尾部的一些缓存页，刷入磁盘里去，清空这几个缓存页，把他们加入回free链表去。 也有一个后台线程，在MySQL系统不忙的时候，将flush链表中的缓存页刷入磁盘中，只要flush链表中的一波缓存页被刷入了磁盘，那么这些缓存页也会从flush链表和lru链表中移除，然后加入到free链表中去！