线偶
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1、查询过程

主键索引 ID 和 普通索引 K:

索引树

假设执行查询的语句是 select id from T where k=5, 使用二分法查询：

  • 对于普通索引来说，查找到满足条件的第一个记录(5,500)后，需要查找下一个记录，直到碰到第一个不满足 k=5 条件的记录。
  • 对于唯一索引来说，由于索引定义了唯一性，查找到第一个满足条件的记录后，就会停止继续检索。

两个索引的性能差别，微乎其微。

InnoDB 的数据是按数据页为单位来读写，也就是说，当找到 k=5 的记录的时候，它所在的数据页就都在内存里了，所以判断下一条记录是很快的。

2、更新过程

当需要更新一个数据页时，如果数据页在内存中就直接更新，如果这个数据页还没有在内存中，在不影响数据一致性的前提下，InooDB 会将这些更新操作缓存在 change buffer 中，这样就不需要从磁盘中读入这个数据页了。在下次查询需要访问这个数据页的时候，将数据页读入内存，然后执行 change buffer 中与这个页有关的操作。通过这种方式就能保证这个数据逻辑的正确性。

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。

对于唯一索引来说，所有的更新操作都要先判断这个操作是否违反唯一性约束，所以必须要将数据页读入内存才能判断，这时 change buffer 不能使用了。

change buffer 用的是 buffer pool 里的内存，因此不能无限增大。change buffer 的大小，可以通过参数 innodb_change_buffer_max_size 来动态设置。这个参数设置为 50 的时候，表示 change buffer 的大小最多只能占用 buffer pool 的 50%。

3、change buffer 的使用场景

change buffer 的主要目的就是将记录的变更动作缓存下来，所以在一个数据页做 merge 之前，change buffer 记录的变更越多（也就是这个页面上要更新的次数越多），收益就越大。

对于写多读少的业务来说， change buffer 的使用效果最好。这种业务模型常见的就是账单类、日志类的系统。

假设一个业务的更新模式是写入之后马上会做查询，那么即使满足了条件，将更新先记录在 change buffer，但之后由于马上要访问这个数据页，会立即触发 merge 过程。这样随机访问 IO 的次数不会减少，反而增加了 change buffer 的维护代价。

4、索引选择和实践

在不影响业务的情况下，建议你尽量选择普通索引。

普通索引和 change buffer 的配合使用，对于数据量大的表的更新优化还是很明显的。

5、change buffer 和 redo log

执行插入语句：

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mysql> insert into t(id,k) values(id1,k1),(id2,k2);

我们假设当前 k 索引树的状态，查找到位置后，k1 所在的数据页在内存(InnoDB buffer pool)中，k2 所在的数据页不在内存中。下图是带 change buffer 的更新状态图。

带change buffer的更新过程

这条插入语句做了如下的操作:

  1. Page 1 在内存中，直接更新内存。
  2. Page 2 没有在内存中，就在内存的 change buffer 区域，记录下"我要往 Page 2 插入一行"这个信息。
  3. 将上述两个动作记入 redo log 中（图中3和4）。

图中的两个虚线箭头，是后台操作，不影响更新的响应时间。

现在要执行语句 select * from t where k in (k1, k2)，这两个读请求的流程图：

带change buffer的读过程

  1. 读 Page 1 的时候，直接从内存返回。
  2. 要读 Page 2 的时候，需要把 Page 2 从磁盘读入内存中，然后应用 change buffer 里面的操作日志，生成一个正确的版本并返回结果。

从上图可知，redo log 主要节省的是随机写磁盘的 IO 消耗（转成顺序写），而 change buffer 主要节省的则是随机读磁盘的 IO 消耗。

6、问题

change buffer 一开始是写内存的，那么如果这个时候机器掉电重启，会不会导致 change buffer 丢失呢？change buffer 丢失可不是小事儿，再从磁盘读入数据可就没有了 merge 过程，就等于是数据丢失了。会不会出现这种情况呢？

不会丢失。虽然是只更新内存，但是在事务提交的时候，我们把 change buffer 的操作也记录到 redo log 里了，所以崩溃恢复的时候，change buffer 也能找回来。

merge 的执行流程是这样的：

  • 从磁盘读入数据页到内存（老版本的数据页）；
  • 从 change buffer 里找出这个数据页的 change buffer 记录(可能有多个），依次应用，得到新版数据页；
  • 写 redo log。这个 redo log 包含了数据的变更和 change buffer 的变更。
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