17、MySQL是如何基于冷热数据分离的方案,来优化LRU算法的?
1、昨日思考题解答
先和大家一起回顾下思考题:为什么MySQL要设计一个预读机制,为什么有时候要把相邻的一些数据页一次性读入到Buffer Pool缓存里去?
道理很简答,是为了提升性能。假设你读取了数据页01到缓存页里去,那么接下来有可能会接着顺序读取数据页01相邻的数据页02到缓存页里去,这个时候,是不是可能在读取数据页02的时候要再发起一次磁盘IO?
所以为了优化性能,MySQL才设计了预读机制,也就是说如果在一个区内,你顺序读取了好多数据页了,比如数据页01—数据页56都被你一次顺序读取了,MySQL会判断,你可能接着会继续顺序读取后面的数据页。
那么此时MySQL会提前把后续的数据页(比如数据页57-数据页72)都读取到Buffer Pool里去,那么后续你再读取数据页60的时候,是不是就可以直接从Buffer Pool里拿到数据了?
当然理想是上述那样,很丰满,但是现实可能很骨感。你预读了一大堆数据页要是占据了LRU链表的前面部分,可能这些预读的数据页压根儿后续就没有人会使用,那你这个预读机制就是在捣乱了。
2、基于冷热数据分离的思想设计LRU链表
所以为了解决上面说的简单的LRU链表的问题,真正MySQL在设计LRU链表的时候,采取的实际上是冷热数据分离的思想。
之前一系列的问题,说白了,都是因为所有缓存页都混在一个LRU链表里,才导致的。
所以真正的LRU链表,会被拆分为两个部分,一部分是热数据,一部分是冷数据,这个冷热数据的比例是由innodb_old_blocks_pct参数控制的,他默认是37,也就是说冷数据占比37%。
这个时候,LRU链表实际上看起来是下面这个样子的。
3、数据页第一次被加载到缓存的时候
既然我们知道LRU链表已经按照一定的比例被拆分为了冷热凉快区域了,那么接下来就来看看在运行期间,冷热两个区域是如何使用的。
首先数据页第一次被加载到缓存的时候,这个时候缓存页会被放在LRU链表的哪个位置呢?
实际上这个时候,缓存页会被放在冷数据区域的链表头部,我们看下面的图,也就是第一次把一个数据页加载到缓存页之后,这个缓存页实际上是被放在下图箭头的位置,也就是冷数据区域的链表头部位置。
4、冷数据区域的缓存页上面时候会被放入到热数据区域?
接着我们来思考一个问题,第一次被加载了数据的缓存页,都会不停的移动到冷数据区域的链表头部,如上图所示
那么你要知道,冷数据区域的缓存页肯定是会被使用的,那么冷数据区域的缓存页什么时候会放到热数据区域呢?
实际上肯定很多人会想,只要对冷数据区域的缓存页进行了一次访问,就立马把这个缓存页放到热数据区域的投不行不行呢?如下图所示:
其实这个也是不合理的,如果你刚加载了一个数据页到那个缓存页,他是在冷数据区域的链表头部,然后立马(在1ms以内)就访问了一下这个缓存页,之后就再也不访问他了呢?难道这种情况你也要把那个缓存页放到热数据区域的头部吗?
所以MySQL设定了一个规则,他设计了一个innodb_old_blocks_time参数,默认值是1000,也就是1000毫秒
也就是说,必须是一个数据页被加载到缓存页之后,在1s之后,你访问这个缓存页,他才会被挪动到热数据区域的链表头部去。
因为假设你加载了一个数据页到缓存区,然后过了1s之后你还访问了这个缓存页,说明你后续很有可能要访问它,这个时间限制就是1s,因此只有1s后你访问了这个缓存页,他才会给你把缓存页放到热数据区域的链表头部去。
所以我们看下面的图,文字说明做了一点改动,是数据加载到缓存页之后过了1s,你再访问这个缓存页,他就会被放入热数据区域的链表头部,如果是你数据刚加载到缓存页,在1s内你就访问缓存页,此时他是不会把这个缓存页放入热数据区域的头部的
5、思考
现在我们已经知道了,数据页第一次被加载到缓存页之后,这个缓存页是放在LRU链表的冷数据区域的头部的,然后必须是1s以后访问这个缓存页,他才会被移动到热数据区域的链表头部。
那么基于这套冷热数据隔离的方案,LRU链表的冷数据区域放的都是什么样的缓存页?