22.doublewrite/ChangeBuffer/AHI/FNP

一. Double Write
1 Double Write介绍

• Double Write的目的是为了保证数据写入的可靠性， 避免partial write 的情况
 　　◦ partial write（部分写）
　　　　◾ 16K的页只写入了4K，6K，8K，12K的情况（此时是不完整、不干净的页）；
　　　　◾ 不可以 通过redo log进行恢复；
　　　　◾ redo恢复的前提是该 页 必须是 完整、干净 的；
• Double Write是 全局 的
• 共享表空间存在一个 段对象 double write，然后这个段 由2个区（ 1M）组成
• 2M固定大小（both file and memory）
• 页在刷新时，首先 顺序 的写入到double write
• 然后再刷回磁盘（ibd）

# 有点类似 RAID-1 的机制，总有一份数据是正确的
# 简单说来，就是在脏页刷新到磁盘前，先要有个地方记录这个脏页的副本

1. 将脏页copy到Double Write Buffer对象中，默认2M大小；
2. 将Double Write Buffer中的对象 先写入 到共享表空间（ibdata1）中的Double Write；
　　◦ 2M循环覆盖
　　◦ 顺序 写入(一次IO)
3. 再根据（space，page_no）写入到原来的ibd文件中；
4. 如果是在写到ibdata1中的Double Write时，发生宕机；此刻原来的ibd file 仍然是完整、干净的 ，下次启动后是可以用redo文件进行恢复的。
5. 如果是写到ibd文件时，发生了宕机；此刻在原来的 ibdata1中存在副本 ，可以直接覆盖到ibd文件（对应的页）中去，然后再进行redo进行恢复
redo是 物理逻辑 的， 物理 表示记录的日志针对的是 页（ page） 的修改， 逻辑 表示记录日志的内容是逻辑的。

mysql> show variables like "%doublewrite%";
+--------------------+-------+
| Variable_name      | Value |
+--------------------+-------+
| innodb_doublewrite | ON    |
+--------------------+-------+
1 row in set (0.00 sec) 

2. Double Write的开销

• 假设每个页大小为16K，则2M的Double Write中存放了128个页，在使用了Double Write之后，IO从原来的128次IO变成了 128 + 1 次IO，而 不是128 + 128 次IO。
• Double Write的2M数据是 顺序 刷入磁盘的，是 一次IO ，该次IO的大小为2M。
• 开启Double Write的性能降低5% ~ 25%（IO Bound场景下降的最厉害）
• slave服务器同样 需要开启

3. Double Write可以关闭的前提

1. 支持 原子 写的设备
◦ 磁盘
　　◾ Funsion-IO
　　◾ 宝存
◦ 文件系统
　　◾ ZFS （Linux上不推荐使用）
　　◾ btrfs（Linux上不推荐使用）
　　◾ 使用 copy on wirte 机制， 不进行原地更新 ，而是开辟新的位置，写成功后，将原来的页 释放
　　◾ 本质上的思路还是 保留一个副本
2. innodb_doublewrite=0 可以关闭double write功能

二. Insert/Change Buffer
1. Insert/Change Buffer介绍

• MySQL5.5版本以前叫做 insert buffer ，现在叫做 change buffer
• 提高辅助索引的插入性能
• 非唯一 的二级索引（non-unique secondary index）
• Insert/Change Buffer 是一个 持久化 的对象（在ibdata1中，同时也会写redo日志）
• Insert/Change Buffer页是一棵B+树，每次最缓存 2K 的记录
• 开启后有30%的性能提升（默认开启）
• MySQL5.5版本之前，最大可以设置为Buffer Pool的 1/2 ，现在最大只能设置为 1/4
• 当Insert Buffer进行 合并 的时候， 性能下降
mysql> show variables like "%change_buffer%";
+-------------------------------+-------+
| Variable_name 　　　　　　　　　 | Value |
+-------------------------------+-------+
| innodb_change_buffer_max_size | 25    |
| innodb_change_buffering       | all   |
+-------------------------------+-------+
2 rows in set (0.00 sec)

2. Insert/Change Buffer举例

CREATE TABLE t (
a INT AUTO_INCREMENT, -- a 列是自增的
b VARCHAR(30), -- b 列是varchar
PRIMARY KEY(a) -- a 是主键
key(b) -- b 是二级索引（如果是name之类的，可以看成是非唯一的）
);
• 对于 主键 （a列），每次插入都要立即插入对应的 聚集索引 页中（在内存中就直接插入，不在内存就先读取到内存）
• 对于 二级索引 （secondary index）（b列）
　　1. 在 没有 Insert/Change Buffer时，每次插入一条记录，就要读取一次页（读取内存，或者从磁盘读到内存），然后将记录插入到页中；
　　2. 在 有 Insert/Change Buffer时，当插入一条记录时， 先判断 记录对应要插入的 二级索引 （secondary index）页 是否 在Buffer Pool中：
　　　　◾ 如果该 二级索引 （secondary index）页 已经在Buffer Pool中 ，则 直接插入 ；
　　　　◾ 反之，先将其 Cache 起来，放到Insert/Change Buffer中，等到该 二级索引 （secondary index）页被 读到 时，将Insert/Change Buffer中该页对应的记录 合并 （Merge）进去，从而减少I/O操作；

Insert/Change Buffer就是用来 提升二级索引插入的性能 。
使用空间换时间，批量插入的方式（二级索引可以不急着插入，只要主键已经插入了即可）

3. Insert/Change Buffer 性能

1. 左图使开启了Insert/Change Buffer，而右图未开启；
2. 一开始都比较高是因为还没有全量的进行刷磁盘（脏页全部在Buffer Pool中，还没满）
◦ 如开始介绍时所说，当Insert Buffer进行合并的时候，性能进行下降
3. 开启Insert/Change Buffer后，insert的常量值在 5K 左右；
4. SSD场景下也建议开启；

4. Insert/Change Buffer 查看

mysql> show engine innodb status\G
-- -----------省略其他输出-------------
-------------------------------------
INSERT BUFFER AND ADAPTIVE HASH INDEX
-------------------------------------
Ibuf: size 1, free list len 0, seg size 2, 0 merges -- 这里为0 ，可能是Buffer Pool足够大，
-- 数据页都缓存在内存中了，就用不到buffer了
merged operations:
insert 0, delete mark 0, delete 0
discarded operations:
insert 0, delete mark 0, delete 0
1. seg size： 页 的数量，例如当前页为8K，则 seg_size * 8K 就是Insert/Change Buffer使用的内存大小；
2. merges：合并了多少 页 ；
3. merged insert：插入了多少条 记录 ；
　　◦ insert / merges 就是插入的效率 （插入一条记录，就要读取一次页）；
4. discarded operations：应该是很小的值，或者为0；当记录写入到Insert/Change Buffer后，对应的表被删除了，则相应的Buffer中的记录就应该被丢弃；
使用Insert/Change Buffer的前提时，需要 使用随机IO ，这时才放入Buffer中，如果页已经在Buffer Pool（内存）中，就 不需要 使用Insert/Change Buffer了

5. Change Buffer

• 从MySQL 5.5 以后，改名为Change Buffer，表示不仅仅适用于insert。
　　1. Insert
　　2. Delete-Marking（标记删除）
　　3. Purge（清除）
　　4. innodb_change_buffering = all
　　　　◾ all
　　　　◾ none （禁用）
　　　　◾ inserts
　　　　◾ deletes
　　　　◾ changes =（insert & delete-marking）
　　　　◾ purg

三. Adaptive Hash Index（自适应Hash索引）

• 搜索的时间复杂度
    ◦ B+树 O(T)，只能定位到该记录所在的页；
    ◦ 哈希表 O(1)，可以直接定位到记录；
• 可以自己判断是否是活跃的页，如果是活跃的页，可以自动做Hash，管理员无需人工干预；
• MySQL5.6版本后，官方 不推荐 使用自适应Hash索引
    ◦ CPU 使用率变高，但是性能没有提升；
• MySQL5.7中增加了 innodb_adaptive_hash_index_parts ，增加分片，以减少竞争；
• 只对等值的操作有意义；

四. Flush Neighbor Page (FNP)

• 刷新 脏页所在区 （extent）的 所有脏页 ，合并IO，随机转顺序的优化；
　　◦ 写入的数据太多
　　◦ 如果业务确实是频繁更新，那刷新也会很频繁
• 对传统机械磁盘有意义；
　　◦ innodb_flush_neighbors={0|1|2} （>=MySQL 5.6）
　　◦ 0：表示关闭该功能
　　◦ 1：表示刷新一个区内的脏页
　　◦ 2：表示刷新几个 连续 的脏页
• SSD建议关闭次功能；
mysql> show variables like "%flush_neigh%";
+------------------------+-------+
| Variable_name 　　　　　 | Value |
+------------------------+-------+
| innodb_flush_neighbors | 2     | -- 非SSD建议使用2
+------------------------+-------+
1 row in set (0.00 sec)