MySQL Index--Change Buffer

Change Buffer功能

当执行INSERT/DELETE/UPDATE三类DML操作需要修改二级索引上数据时，如果需要修改的二级索引页未存在于当前Buffer Pool中，可以先将该"修改操作"进行缓存，等待其他操作加载二级索引页时，再将“修改操作”合并到二级索引页中，以减少二级索引修改产生的随机IO，缩短INSERT/DELETE/UPDATE三类DML操作的响应时间。

Change Buffer历史

在MySQL 5.5之前版本中，仅支持INSERT 操作，因此被称为INSERT BUFFER，在MySQL 5.5之后版本中，支持INSERT/DELETE/CHANGE/PURGE等操作，因此被称为Change Buffer。

Change Buffer实现方式

1、通过bitmap数据结构中IBUF_BITMAP_FREE来标识每个数据页剩余空间范围(2bit，标识空闲空间范围0bytes/512bytes/1024bytes/2018bytes), 如果修改操作需要的空间超过2K，则不会进行缓存。

2、通过bitmap数据结构中IBUF_BITMAP_BUFFERED来标记数据页是否有缓存

3、通过bitmap数据结构中IBUF_BITMAP_IBUF来标记数据页是否是Change Buffer Tree的一部分，用于异步AIO读操作。

4、通过一颗B树来缓存二级索引的修改操作，树中每条记录通过space_id+page_no来确定数据页，在通过递增counter来标记修改顺序，其他列存放修改操作的相关数据。

Change Buffer操作类型

Change Buffer缓存三种操作：INSERT/DELETE-MARK/DELETE，
由于UPDATE操作等价于DELETE+INSERT操作，而DELETE操作在MySQL数据库中会先将记录标记为DELETE再后期进行PURGE操作，因此DML操作对应INSERT/DELETE-MARK两种操作，而MySQL系统进程PURGE对应DELETE操作。

可以通过参数innodb_change_buffering来控制CHANGE BUFFER缓存操作:

参数innodb_change_buffering解释
Whether InnoDB performs change buffering, an optimization that delays write operations to secondary indexes so that the I/O operations can be performed sequentially. Permitted values are described in the following table. Values may also be specified numerically.

Permitted Values for innodb_change_buffering
Value    Numeric Value    Description
none                    Do not buffer any operations.
inserts                    Buffer insert operations.
deletes                    Buffer delete marking operations; strictly speaking, the writes that mark index records for later deletion during a purge operation.
changes                    Buffer inserts and delete-marking operations.
purges                    Buffer the physical deletion operations that happen in the background.
all                        The default. Buffer inserts, delete-marking operations, and purges.

https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-parameters.html#sysvar_innodb_change_buffering

可以通过参数innodb_change_buffer_max_size来控制change buffer使用InnoDB buffer pool的比例，默认为25%，最大为50%

Change Buffer操作限制

1、Change Buffer仅缓存二级索引的叶子节点，非叶子节点无法缓存。

2、Change Buffer仅能缓存二级唯一索引的DELETE操作，无法缓存INSERT操作，因为需要确保索引记录唯一性。

3、当表正在执行FLUSH TABLE时，无法对该表操作进行缓存。

4、如果表主键是降序索引或者二级索引中使用降序列，则无法使用缓存。

学习资料：

http://mysql.taobao.org/monthly/2015/07/01/