MySQL中的change buffer

参考：

https://blog.csdn.net/weixin_38304221/article/details/88635432

https://blog.csdn.net/nanjingitany/article/details/102856472

https://www.cnblogs.com/abclife/p/7625281.html

https://www.cnblogs.com/ging/p/13467833.html

MySQL中的change buffer

MySQL的一条语句，大致流程查看内存→读取磁盘数据页→返回数据。

当比如查找一个 a=5的记录的时候，并不是只查找出这一条数据，它所在的整个数据页都会查找出来(每个数据页16KB)。

下次查找a=6的记录的时候，发现该页已经在内存中了，直接返回，不需要磁盘IO。

但是当时增、删、改操作时，并不会每一次操作都进行一次磁盘IO，使用change buffer可以降低磁盘随机IO。

change buffer首先是可持久化的数据。

当更新某个数据页时，该页在内存中，那么直接更新。

如果该页不在内存中，那么先将更新操作记录在change buffer中，这时不需要从磁盘中读出数据页。

将操作记录到redo log中，防止机器意外关闭导致数据丢失。

这时已经可以返回给客户端更新成功了，因为即使机器意外重启，也可以通过redo log找回数据。

change buffer 使用的是 buffer pool里的内存，不能无限增大，可以通过参数 innodb_change_buffer_max_xize来动态设置，这个参数为50的时候，标识change buffer 的大小最多只能占用 buffer pool 的50%。

什么时候将change buffer中的数据更新到磁盘中？

当下一次查询命中这个数据页的时候，会先从磁盘中读取数据页到内存中，然后先执行change buffer的merge操作，保证数据逻辑的正确性。除了查询操作外，系统有后台线程会定期merge，数据库正常关闭(shutdown)的时候，也会进行merge操作。

change buffer 和 redo log 对于磁盘的随机IO影响。

redo log是减少 随机写磁盘IO 的消耗。每个操作先记录redo log，系统空闲时或redo log满时进行磁盘IO。

change buffer是减少 随机读磁盘IO 的消耗。更新时如果内存中不存在该数据页，也不需要马上进行磁盘IO，而是先记录在change buffer中，等待时机统一merge。

所以根据业务场景选择是否使用change buffer。

当写少读多的情况下：change buffer的利用率不高，因为可能刚一更新完可能就触发merge操作，change buffer没有起到减少随机IO，还多了一个维护change buffer的成本。

当写多读少的情况下：change buffer的提升效果较明显，可能很多条更新后，也没有一个查询线程来触发merge操作，可以大幅减少磁盘的随机IO。

唯一索引和 普通索引（在业务逻辑层保证数据唯一）的选择

命中唯一索引和普通索引时MySQL筛选数据的逻辑不同。

比如一个查询语句 select * from table where k=5;先通过B+树从树根开始，按层搜索到叶子节点，也就是数据页。

唯一索引 k：由于索引定义了唯一性，所以在数据页中找到第一个满足条件的记录后，直接返回。

普通索引 k：没有定义索引的唯一性，所以在查找到第一条满足k=5后，还会继续遍历下一条，直到查到的k != 5的时候，结束遍历。

那么两种索引的效率差距有多大呢？

其实是很小，几乎可忽略。普通索引相对于唯一索引多的一步操作就是"查找并判断下一条记录"，因为都存在于同一个数据页，所以内存遍历对于CPU的开销可忽略。一个数据页可以存在上千个key，刚好下一条数据在下一个数据页而触发再次读取数据页的概率很低。所以这两种索引的效率几乎一样。

但是当进行增删改操作时，两种索引的效率就有明显的差距了。

因为唯一索引每个插入或者更新都要判断是否违反唯一约束，所以每次更新都要从内存中找到这个记录对应的数据页，没有的话需要从磁盘中读出，反正都要从磁盘读数据页了，还不如直接更新内存/磁盘，那么也就意味着change buffer失去意义，所以唯一索引使用change buffer 的话反倒会降低效率，所以只有普通索引能使用到change buffer。

浅谈mysql的change buffer

1.数据的更新过程

当mysql执行更新操作时，需要先更新一个数据页。如果这个数据页在内存中，则会直接更新，如果
这个数据页不在内存中，InnoDB会将这个更新操作缓存在change buffer中，当下次需要查询访问这个数据页的时候，会将数据页读入内存，然后执行change buffer中和这个数据页相关的操作，这样就保证了数据的逻辑正确性。

2.merge触发

将change buffer中的操作应用到原数据页，得到最新结果的过程称为merge。除了访问这个数据页会触发merge外，系统有后台线程会定期merge。在数据库正常关闭（shutdown）的过程中，也会执行merge操作。

3.使用change buffer的场景

只有普通索引的更新会使用change buffer，用来提高内存利用率，但是如果被更新的字段是唯一索引，就不会使用change buffer，因为更新操作会判断是否违反唯一约束的条件，必须将数据页读入内存才能判断，因此唯一索引不会使用change buffer，只有普通索引才能使用。
在日常业务场景中，对于写多读少的操作，使用change buffer的效果最好，例如账单类、日志类的操作，如果是读写操作都是很多的情况下，写完后将操作记录保存在change buffer中然后立即查询，这样会频繁触发merge，增加了IO的操作频率，这种场景使用change buffer并不能带来性能的提升，这种业务场景应该关闭change buffer。

4.change buffer的大小设置

在InnoDB中，可以通过参数innodb_change_buffer_max_size来设置，默认值是25，最大是50。例如当这个参数值是50 的时候，表示change buffer最多只能占用buffer pool的50%

5.索引的选择

唯一索引和普通索引在查询上并无区别，但是在更新操作上两者对性能的影响是不一样的，所以建议尽量使用普通索引。

MySQL-对Change Buffer的理解

Change Buffer的处理过程

对非唯一的普通索引的新增或更新操作，如果索引B+树的需要新增或更新的数据页不在内存中，则直接更新change buffer，等到后面需要使用这个数据页（真正读到内存中来）的时候，再根据change buffer在内存中做merge合并操作。

Change Buffer有什么好处？

先想想没有change buffer时候，在缓冲池中没有对应数据页时会怎么更新。概括来说，有两个步骤：

1. 首先需要从磁盘中读取对应的数据页到内存中
2. 然后更新内存中的数据页。

首先分析主键索引或者非主键索引中的唯一索引，插入或者更新的操作。

• 主键如果是自增的，只需要读取顺序读取磁盘中的页，然后插入最新的行即可。主键如果是非自增的或者是自己设置的值，那么可能需要做一次随机磁盘IO操作，读取到对应的页，做一下唯一性判断，然后插入数据即可。
• 针对非主键索引中的唯一索引，大概率需要做随机磁盘IO读取，然后判断唯一性，再插入对应的行。

所以对于主键索引和非主键的唯一索引，因为有唯一性判断，所以更新操作时，必须要从磁盘中读取数据页，判断唯一性，然后才能确定这个更新操作是否成功，即这个磁盘的IO操作是不可避免的。

对于非唯一索引来说，其实步骤也是类似的。但是因为不需要做唯一性判断，所以为了提高更新的性能，Mysql给出的解决方案就是使用change buffer来保存对非唯一索引的更新。也就是说，当需要更新非唯一索引时，直接操作change buffer，成功即可返回。

那么什么时候会真正更新数据页呢？有两种情况会触发：

1. 被动：在后续的真正需要读这个非唯一索引时，把索引的数据页从磁盘读取到内存中，再通过change buffer做一个merge操作，merge操作以后，内存中的数据页就是最新的了。
2. 主动：innoDB引擎中有线程会主动的定期做merge操作

业务实践

1. 利用普通索引的change buffer特性，当业务场景中的写远大于读时，常见场景为日志表，当某些列必须建立索引时，可以考虑建立普通索引，提高写入性能。
2. 如果业务场景的写之后立即伴随读，如果列的值是唯一的

• 那么其实建立普通索引是不合适的，因为写的过程，虽然利用了change buffer暂时提高了写的性能，但是在读的时候还是需要磁盘IO。可以考虑建立唯一索引，在索引写的时候，就提前读取数据到缓冲池中，提高读的性能。

MySQL -- Innodb中的change buffer

change buffer是一种特殊的数据结构，当要修改的辅助索引页不在buffer pool中时，用来cache对辅助索引页的修改。对辅助索引页的操作可能是insert、update和delete操作。等到相关的索引页被读入buffer pool中后，才会使用change buffer中的内容对辅助索引页进行修改(即merge操作)。

和聚集索引不同，辅助索引通常是不唯一的，插入辅助索引通常也是随机的。同样，对辅助索引的删除、更新也通常是不连续的。

等到相关的索引页被读入buffer pool中后，才会使用change buffer中的内容对辅助索引页进行修改(即merge操作)可以避免大量的磁盘随机访问I/O。

间歇性的，在系统空闲或关闭过程中，会执行purge操作，将新的索引页写入磁盘。purge操作一次写多个索引值会比每次修改后就立即写入磁盘的效率高。

对change buffer的merge可能需要好几个小时，如果被更新的辅助索引行比较多。在merge过程中，磁盘的I/O会增加，可能会引起其他查询的性能的降低。
merge操作也可能发生在事务提交后。事实上，即使在实例重启后，还会可能发生merge操作。

在内存中，change buffer会占用buffer pool的空间；在物理磁盘上，change buffer是system tablespace的一部分，所以对索引的修改在数据库重启后仍然存在change buffer中。

change buffer包含的特性也叫作change buffering，包含insert buffering、delete buffering、purge buffering。

change buffer中数据类型和总量由参数innodb_change_buffering和innodb_chagne_buffer_max_size配置。查看change buffer中数据的信息，可以通过show engine innodb status查看。

change buffer在老版本中被称作insert buffer。

1.监控change buffer 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

mysql> show engine innodb statusG ... ------------------------------------- INSERT BUFFER AND ADAPTIVE HASH INDEX ------------------------------------- Ibuf: size 1, free list len 0, seg size 2, 0 merges merged operations:  insert 0, delete mark 0, delete 0 discarded operations:  insert 0, delete mark 0, delete 0 Hash table size 4425293, used cells 32, node heap has 1 buffer(s) 13577.57 hash searches/s, 202.47 non-hash searches/s ...

2.查看information_schema
information_schema.innodb_metrics提供了change buffer的统计信息名称和说明：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

mysql> select name, comment from information_schema.innodb_metrics where name like '%ibuf%'; +-----------------------------------------+-------------------------------------------------------------+ | name                                    | comment                                                     | +-----------------------------------------+-------------------------------------------------------------+ | buffer_page_read_index_ibuf_leaf        | Number of Insert Buffer Index Leaf Pages read               | | buffer_page_read_index_ibuf_non_leaf    | Number of Insert Buffer Index Non-Leaf Pages read           | | buffer_page_read_ibuf_free_list         | Number of Insert Buffer Free List Pages read                | | buffer_page_read_ibuf_bitmap            | Number of Insert Buffer Bitmap Pages read                   | | buffer_page_written_index_ibuf_leaf     | Number of Insert Buffer Index Leaf Pages written            | | buffer_page_written_index_ibuf_non_leaf | Number of Insert Buffer Index Non-Leaf Pages written        | | buffer_page_written_ibuf_free_list      | Number of Insert Buffer Free List Pages written             | | buffer_page_written_ibuf_bitmap         | Number of Insert Buffer Bitmap Pages written                | | ibuf_merges_insert                      | Number of inserted records merged by change buffering       | | ibuf_merges_delete_mark                 | Number of deleted records merged by change buffering        | | ibuf_merges_delete                      | Number of purge records merged by change buffering          | | ibuf_merges_discard_insert              | Number of insert merged operations discarded                | | ibuf_merges_discard_delete_mark         | Number of deleted merged operations discarded               | | ibuf_merges_discard_delete              | Number of purge merged  operations discarded                | | ibuf_merges                             | Number of change buffer merges                              | | ibuf_size                               | Change buffer size in pages                                 | | innodb_ibuf_merge_usec                  | Time (in microseconds) spent to process change buffer merge | +-----------------------------------------+-------------------------------------------------------------+ 17 rows in set (0.00 sec)   mysql>

information_schema.innodb_buffer_page提供了buffer pool中每个页的元数据，包含change buffer 索引页和change buffer位图页。
change buffer页中page_type.ibuf_index表示change buffer索引页；page_type.ibuf_bitmap表示change buffer位图页。

提醒：查看innodb_buffer_page会有很大的性能开销。最好是在空闲时间或测试环境执行。

比如，可以查看change buffer的索引页和位图页占据buffer pool的比例：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

mysql> select (select count(*) from information_schema.innodb_buffer_page     ->        where page_type like 'ibuf%') as change_buffer_pages,     ->        (select count(*) from information_schema.innodb_buffer_page) as total_pages,     ->        (select ((change_buffer_pages/total_pages)*100))     ->        as change_buffer_page_percentage; +---------------------+-------------+-------------------------------+ | change_buffer_pages | total_pages | change_buffer_page_percentage | +---------------------+-------------+-------------------------------+ |                  14 |        8192 |                        0.1709 | +---------------------+-------------+-------------------------------+ 1 row in set (0.05 sec)

performance_schema还为高级性能监控提供了change buffer mutex的等待指令：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

mysql> SELECT * FROM performance_schema.setup_instruments     ->        WHERE NAME LIKE '%wait/synch/mutex/innodb/ibuf%'; +-------------------------------------------------------+---------+-------+ | NAME                                                  | ENABLED | TIMED | +-------------------------------------------------------+---------+-------+ | wait/synch/mutex/innodb/ibuf_bitmap_mutex             | NO      | NO    | | wait/synch/mutex/innodb/ibuf_mutex                    | NO      | NO    | | wait/synch/mutex/innodb/ibuf_pessimistic_insert_mutex | NO      | NO    | +-------------------------------------------------------+---------+-------+ 3 rows in set (0.00 sec)

3.配置change buffer

可以通过参数innodb_change_buffering来控制是否启用change buffer。

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--all：      默认值。开启buffer inserts、delete-marking operations、purges --none： 不开启change buffer --inserts：  只是开启buffer insert操作 --deletes:  只是开delete-marking操作 --changes：  开启buffer insert操作和delete-marking操作 --purges：   对只是在后台执行的物理删除操作开启buffer功能

从5.6.2开始，参数innodb_change_buffer_max_size设置了change buffer可以占用buffer pool的百分比，默认是25，最大可以设置为50。

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mysql> show variables like 'innodb_change_buffer_max_size'; +-------------------------------+-------+ | Variable_name                 | Value | +-------------------------------+-------+ | innodb_change_buffer_max_size | 25    | +-------------------------------+-------+ 1 row in set (0.00 sec)   mysql>