MySQL 的 Change Buffer 是什么？它有什么作用？

MySQL 的 Change Buffer

1. 什么是 Change Buffer？

Change Buffer 是 MySQL InnoDB 存储引擎中的一个优化机制，用于减少磁盘 I/O 操作。它是一个专门用来缓存 非唯一二级索引变更操作 的内存区域，位于 InnoDB 的 Buffer Pool 中。

当对非唯一二级索引执行插入、更新或删除操作时，MySQL 并不会立即将这些变更写入磁盘，而是将变更记录存入 Change Buffer，稍后再合并到物理页面中。

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2. Change Buffer 的作用

（1）减少磁盘 I/O

将索引页的变更操作缓存起来，避免频繁的随机磁盘读写操作，从而提升性能。

（2）提升写入性能

对于非唯一二级索引的修改操作：

• 如果目标索引页已在内存中，直接更新内存中的页。
• 如果目标索引页不在内存中，将变更写入 Change Buffer，延迟加载目标页，从而减少磁盘读取。

（3）批量合并

当后台线程或需要访问相关索引页时，MySQL 将 Change Buffer 的内容与实际的物理页面进行合并（称为 merge 操作）。这种批量合并可以提高效率。

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3. Change Buffer 的适用场景

Change Buffer 仅适用于 非唯一二级索引 的修改操作：

• 非唯一二级索引的插入（Insert Buffering）
• 非唯一二级索引的更新（Delete-Mark Buffering 和 Insert Buffering）
• 非唯一二级索引的删除（Delete Buffering）

主键索引和唯一索引 无法使用 Change Buffer，因为它们需要立即验证唯一性。

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4. Change Buffer 的管理

（1）参数配置

innodb_change_buffer_max_size 用于控制 Change Buffer 占用 Buffer Pool 的比例（百分比），默认值为 25。

SET GLOBAL innodb_change_buffer_max_size = 50;

该参数的取值范围为 0 到 50，设置为 0 时禁用 Change Buffer。

（2）合并时机

Change Buffer 的合并操作发生在以下时机：

• 查询需要访问相关索引页时。
• 后台线程（如主线程）空闲时执行异步合并。
• 数据页从磁盘加载到内存时。

（3）持久化

Change Buffer 的内容保存在系统表空间中，保证在 MySQL 重启后仍然有效。

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5. Change Buffer 的优势

1. 性能提升
   • 避免频繁的随机磁盘 I/O，提升插入和更新性能。
2. 高效资源利用
   • 利用内存缓存变更，提高磁盘访问效率。
3. 适用于批量写入场景
   • 批量插入、更新非唯一二级索引时，Change Buffer 的效果尤为显著。

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6. Change Buffer 的限制

1. 适用范围有限
   • 仅支持非唯一二级索引的修改，主键索引和唯一索引无法使用。
2. 占用内存资源
   • Change Buffer 位于 Buffer Pool 中，占用一定内存资源，可能影响其他缓存的效率。
3. 可能增加磁盘负载
   • 当 Change Buffer 内容较多时，后台合并操作会增加磁盘 I/O。

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7. Change Buffer 的使用示例

创建非唯一二级索引

CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100),
    age INT,
    INDEX (age)
) ENGINE=InnoDB;

对于 age 列上的非唯一二级索引插入操作：

• 如果目标页不在内存中，变更会写入 Change Buffer，而不是立即加载索引页。
• 后续访问或后台线程会将 Change Buffer 中的内容合并到磁盘页中。

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8. 总结

• Change Buffer 是 InnoDB 用于优化非唯一二级索引写入性能的重要机制。
• 它通过将变更缓存在内存中，减少磁盘 I/O，提升写入性能。
• 适用于大量插入、更新非唯一二级索引的场景，但需要注意内存和磁盘资源的平衡。