Change Buffer：提升InnoDB性能的关键技术

摘要： Change Buffer是一种特殊的数据结构，用于缓存二级索引页的更改操作，当这些页不在缓冲池中时。本文将介绍Change Buffer的工作原理、优势和配置，并提供了监控Change Buffer的方法。

Change Buffer是InnoDB存储引擎中的一个重要特性，它通过缓存二级索引页的更改操作，避免了从磁盘读取这些页所需的随机访问IO。当执行INSERT、UPDATE或DELETE操作时，Change Buffer会缓存变更，并在其他读操作将这些页加载到缓冲池时进行合并。

相对于聚簇索引而言，二级索引通常是非唯一的，对二级索引的插入操作往往是相对随机的。同样，删除和更新操作可能会影响不相邻的二级索引页。通过在后续的读操作中合并缓存的变更，可以避免大量的随机访问IO，这些IO本来需要将二级索引页从磁盘读取到缓冲池中。

定期地，当系统处于空闲状态或进行缓慢关闭时，清理操作会将更新后的索引页写入磁盘。相较于每个值立即写入磁盘，清理操作可以更高效地一次性写入一系列索引值的磁盘块。

Change Buffer的合并过程可能需要数小时，特别是在有大量受影响行和需要更新的二级索引的情况下。在此期间，会增加磁盘IO，可能会显著减慢磁盘受限的查询性能。Change Buffer的合并甚至可能在事务提交后、服务器关闭和重启后继续进行。

在内存中，Change Buffer占用缓冲池的一部分。在磁盘上，Change Buffer是系统表空间的一部分，用于缓冲数据库服务器关闭时的索引更改。

配置Change Buffering

Change Buffer中缓存的数据类型由innodb_change_buffering变量控制。可以通过配置该变量来启用或禁用缓冲，还可以配置Change Buffer的最大大小。

下面是innodb_change_buffering的可选值：

?all：默认值，缓冲插入、删除标记和清理操作。?none：不缓冲任何操作。?inserts：只缓冲插入操作。?deletes：只缓冲删除标记操作。?changes：缓冲插入和删除标记操作。?`pur

ges`：缓冲后台进行的物理删除操作。

可以在MySQL选项文件（my.cnf或my.ini）中设置innodb_change_buffering变量，也可以使用SET GLOBAL语句动态更改该变量。更改该设置会影响新操作的缓冲，不会影响现有缓冲条目的合并过程。

配置Change Buffer的最大大小

innodb_change_buffer_max_size变量允许配置Change Buffer的最大大小，以缓冲池总大小的百分比表示。默认情况下，innodb_change_buffer_max_size设置为25，最大设置值为50。

在具有大量插入、更新和删除活动的MySQL服务器上，如果Change Buffer的合并无法跟上新的缓冲条目，导致Change Buffer达到其最大大小限制，可以考虑增加innodb_change_buffer_max_size的值。

在用于报表的静态数据或Change Buffer消耗了太多与缓冲池共享的内存空间，导致数据页过早从缓冲池中驱逐时，可以考虑减小innodb_change_buffer_max_size的值。

为了确定最佳配置，可以使用具有代表性负载的不同设置进行测试。innodb_change_buffer_max_size变量是动态的，可以在不重新启动服务器的情况下修改该设置。

监控Change Buffer

以下是监控Change Buffer的几种选项：

?InnoDB标准监视器输出包含Change Buffer的状态信息。可以使用SHOW ENGINE INNODB STATUS语句查看监视器数据。?信息模式中的INNODB_METRICS表提供了Change Buffer的指标数据。可以使用以下查询语句查看Change Buffer的指标和描述：

SELECT NAME, COMMENT FROM INFORMATION_SCHEMA.INNODB_METRICS WHERE NAME LIKE \\\'%ibuf%\\\'\\\\G

?信息模式中的INNODB_BUFFER_PAGE表提供了有关缓冲池中每个页面的元数据，包括Change Buffer的索引和位图页面。可以使用以下查询语句对Change Buffer页面的数量进行估算：

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;

?性能模式提供了Change Buffer互斥量等待的性能监控。可以使用以下查询语句查看Change Buffer的性能指标：

SELECT * FROM performance_schema.setup_instruments       WHERE NAME LIKE \\\'%wait/synch/mutex/innodb/ibuf%\\\';

通过合理配置和监控Change Buffer，可以减少磁盘IO，提高数据库的处理能力和响应性能。特别是对于I/O密集型的工作

负载，Change Buffer是一项重要的技术，值得深入研究和优化。

参考资料：

?MySQL 8.0 Reference Manual – 14.7 InnoDB Change Buffering?MySQL 8.0 Reference Manual – 15.18.7 InnoDB Change Buffer Status