MySQL： 14 LRU链表在Buffer Pool实际运行中可能导致的问题

Posted 2021-08-30 鮀城小帅

1. LRU链表在Buffer Pool的应用

Buffer Pool在使用过程中如果缓存页都使用了，没有空闲的缓存页时，可以去LRU链表中的尾部找一个最近最少使用的缓存页，把它的数据刷入磁盘，腾出来一个空闲缓存页，然后加载需要的新的磁盘数据页到空闲缓存页里去。

LRU链表的机制，只要是刚从磁盘上加载数据到缓存页里去，这个缓存页就放入LRU链表的头部，后如果对任何一个缓存页的访问，都会把缓存页从LRU链表中移动到头部去。

这样在LRU链表的尾部，一定是最近最少被访问的那个缓存页。

2.LRU机制在实际运行中存在的隐患

首先会带来的隐患是mysql的预读机制，说的就是当你从磁盘上加载一个数据页的时候，他可能会把这个数据页相邻的其他数据页，也加载到缓存页里去。

举个例子，假设现在有两个空闲缓存页，然后在加载一个数据页的时候，连带着把它的一个相邻的数据页也加载到缓存里去了，正好每个数据页放入一个空闲缓存页。

实际上这里只有一个缓存页是被访问了的，另外一个通过预读机制加载的缓存页，并没有人访问，但由于LRU机制导致两个缓存页都在LRU链表的前面。

 参照上图，假如没有空闲缓存页了，那么此时要加载新的数据页了，就需要从LRU链表的尾部把所谓的“最近最少使用的一个缓存页” 给拿出来，刷入磁盘。

这时候有个问题，那就是如果把上图中LRU尾部的那个缓存页刷入磁盘然后清空，那这是不合理的，因为它之前一直频繁被人访问，只不过在这一瞬间，被新加载进来的两个缓存页给占据了LRU链表前面的位置，尤其是第二个缓存页，它是通过预读机制加载进来的，并没有人去访问。

最合理的应该是把上图中LRU链表的第二个通过预读机制加载进来的缓存页给刷入磁盘和清空，因为它几乎没有被访问过。

3.触发MySQL预读机制的场景

触发MySQL预读机制的情况有以下几种：

（1）有一个参数是 innodb_read_ahead_threshold，它的默认值是56，意思是如果顺序的访问了一个区里的多个数据页，访问的数据页的数量超过了这个阈值，此时就会触发预读机制，把下一个相邻区中的所有数据页都加载到缓存里去。

（2）如果Buffer Pool里缓存了一个区里的13个连续的数据页，而且这些数据页都是比较频繁会被访问的，此时就会直接触发预读机制，把这个区里的其他的数据页都加载到缓存里去。

预读机制是通过参数 innodb_random_read_ahead 来控制的，它默认是OFF，也就是说这个规则是默认关闭的。

默认情况下，主要是第一个规则可能会触发预读机制，一下子把很多相邻里的数据页加载到缓存里去，这些缓存页如果一下子都放在LRU链表的前面，而且没有什么人访问的话，就会导致原来在缓存里的一些频繁被访问的缓存页在LRU链表的尾部。

从而导致这部分频繁被访问的缓存页给刷入磁盘和清空掉。

4. 全表扫描导致频繁被访问的缓存页被淘汰的场景

另外一种可能导致频繁被访问的缓存页被淘汰的场景，那就是全表扫描。

所谓全表扫描，就是类似如下的SQL语句： SELECT * FROM USERS。这种语句没加任何一个where 条件，导致一下子把该表中所有的数据页，都从磁盘加载到Buffer Pool里去。

在全表扫描的场景下，会一下子把这个表的所有数据页都一一装入各个缓存页里去。此时可能LRU链表中排在前面的一大串缓存页，都是全表扫描加载进来的数据页。

这就会导致这次全表扫描过后，排在LRU链表头部的是几乎没用到的表里的数据的缓存页。

而在LRU链表的尾部，可能全都是之前一直被频繁访问的那些缓存页。

然后当你要淘汰一些缓存页腾出空间时，就会把LRU链表尾部一直被频繁访问的缓存页给淘汰掉了，而留下之前全表扫描加载进来的大量的不经常访问的缓存页。

5.总结

在使用简单的LRU链表机制时，由于预读机制或全表扫描的机制，会导致一下子把大量未来可能不怎么访问的数据页加载到缓存里去，然后LRU链表的前面全部是这些未来可能不怎么被访问的缓存页。

而真正之前一直被频繁访问的缓存页可能都在LRU链表的尾部。

如果没有空闲缓存页的时候，就会导致把LRU链表尾部那部分频繁被访问的缓存页刷入磁盘、清空掉，以此来腾出空间。