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MySQL相必大家都知道，那么大家是否了解MySQL中一个重要的组成部分缓冲池，也就我们常说的Buffer Pool？本篇文章我们一起来看深入了解一下究竟什么是Buffer Pool。
为什么数据库软件需要缓冲池？
大家都知道数据库中存储的数据最终都是存在磁盘上的，尽管目前硬件性能已经比早些年提升了许多，但是磁盘的读写速度，依旧感人。如果我们向数据库软件发送一条新增数据的命令，数据库软件直接去写磁盘，那响应结果就会变的很慢。如果说是一个特别复杂的查询，直接去拿磁盘上的文件，也会很慢，尽管说我们有索引，索引也是文件啊，也得去磁盘读取。
这时问题就来了，我们如何能够优化读写操作的延迟呢？对，内存，既然磁盘慢我们就用内存好了。
那么我们该如何设计让读写操作在内存中进行呢？没错，那就是缓冲池Buffer Pool。
MySQL中 缓冲池的设计
缓冲池Buffer Pool就是我们在读写数据时的一个缓冲区域，我们在响应写请求时，当它在内存中写入就可以完成响应，读取数据时，也可以将经常查询的数据，索引放在缓冲池中，这样能极大的加快查找效率。
小知识： 为什么Buffer Pool能加快速度，不把所有数据放入Buffer Pool？
- 缓存访问快，但容量小，数据库存储了200G数据，缓存容量可能只有64G；
- 缓存不光容量小而且缓存成本高，就像我们硬盘和内存条一样，一个几G的内存条价格快赶上1T的硬盘了；
- 缓存数据易丢失，无法做数据恢复，所以主要存储数据的位置还得在硬盘上，基于缓存的特点我们只能将热点数据放入缓存。
如下图，就是MySQL数据库InnoDB引擎的执行原理。
当我们在执行一条SQL时，如果是读操作，需要查找的数据所在的数据页在内存中时，则将结果返回。否则会把对应的数据页加载到内存中，然后再返回结果。如果是修改操作，需要修改的行所在的数据页在内存中，则修改后返回对应的结果。如果不在的话，则会从磁盘里将该行所对应的数据页读到内存中再进行修改。在内存中查询，修改数据可以很大程度上减少磁盘IO的次数。
小知识： MySQL通过Buffer Pool 修改数据，如果修改完成，服务宕机，没有来得及将修改的数据刷入磁盘，数据会不会丢失？
不会，这就不得不提MySQL的redo log ,从上面的途中我们也可以看出，我们提交事务的都会将提交标记写入redo log中，当机器重启会进行检测，将为刷入磁盘的数据根据日志信息写入磁盘。
小知识： 什么是Mysql 的预读特性？
数据访问，通常都遵循“集中读写”的原则，使用一些数据，大概率会使用附近的数据，这就是所谓的“局部性原理”，它表明提前加载是有效的，预读请求是一个i/o请求，它会异步地在缓冲池中预先回迁多个页面，预计很快就会需要这些页，这些请求在一个范围内引入所有页，这也是InnoDB在I/O上的一个优化。因为磁盘读写的时候，是按照页的方式来读取的（一页数据默认为 16K），每次至少读入一页的数据，如果下次读取的数据就在页中，就不用再去磁盘上读取了，从而减少了磁盘 I/O。预读有两种算法，一种是线性预读（linear read-ahead），另一种是随机预读（randomread-ahead），随机预读会带来不必要的开销，高版本MySQL（5.5+）默认是关掉的，可通过配置设置打开。
缓冲池的内部结构
我们再来看一下Buffer Pool内部是如何存储的，在缓冲池中，除数据页和索引页外还有多种类型，如下图所示。
MySQL中的Buffer Pool 是可以设置多个的，每个Buffer Pool 的默认大小是128M，而Buffer Pool 又是有一个一个chunk组成的。
在生产集群中，Buffer Pool的大小是可以根据机器的配置，自行设置的。
小知识： 生产环境的Buffer Pool的大小如何设置？
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确定Buffer Pool总的内存
一般来说，比较合理的、健康的比例，就是设置机器内存的50%~60%左右，假设内存为32GB的机器，那么给buffer pool设置个20GB的内存，剩下的留给操作系统和其他软件来用，这样比较合理
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接下来就是确定buffer pool的数量和单个chunk的大小，参考以下公式，以及默认大小比例即可
buffer pool总大小 = (chunk大小 * buffer pool数量) *N倍
如何管理缓冲池？
我们可以通过free、flush、lru三个链表动态配合，从而实现对缓冲池的管理。
具体流程如下：
- 执行sql需要数据时，先去buffer pool的哈希表查看是否有该缓存页（表空间+数据页号），如没有此时需要从磁盘中随机IO拿到对应的数据页，然后查看free中是否有空的缓存页节点；
- 如果free有空的缓存页则直接拿；
- 如果free中没有空的缓存页节点，此时则会触发lru链表的缓存页淘汰机制；
- 拿到空的缓存页空间后将数据页数据存至缓存页中，然后对缓存页数据进行各种操作；
- 如果对于缓存页进行了更新操作，此时会将节点加载到flush链表中；
- 整个流程中，都可能出现对lru链的节点淘汰（定时任务），每次lru的节点淘汰后会将对应得flush、free和lru链节点进行更新。
所以说我们通过free、flush、lru三个链表相互配合，没有缓存页的找free，free没有了找lru，lru淘汰后更新free和flush，定时lru淘汰，定时刷盘更新flush、lru、free。
