作者：田超凡
1 Innodb引擎会在mysql启动的时候，向操作系统申请一块连续的空间当做buffer pool，空间的大小由变量innodb_buffer_pool_size确定
2 Buffer Pool缓冲池内部结构
整个buffer pool是由缓冲页和控制块组成的：
缓冲页：buffer pool中存放的【数据页】我们称之为【缓冲页】，和磁盘上的数据页是一一对应的，都是16KB，缓冲页的数据，是从磁盘上加载到buffer pool当中的一个完整页。
控制块：他是缓冲页【描述信息】，这一块区域保存的是数据页所属的表空间号，数据页编号，数据页地址，以及一些链表相关的节点信息等，每个控制块大小是缓存页的5%左右，大约是800个字节。
buffer pool的前一部分存储【控制块】，后一部分存储【缓冲页】，如果中间有未被利用的空间，就是【内存碎片】。
3 Buffer Pool缓冲池的初始化
数据库会在启动的时候，按照配置中的Buffer Pool大小，去向操作系统申请一块内存，作为Buffer Pool的内存区域，然后会按照默认的缓存页的的大小【16KB】以及对应的【800个字节左右】的【控制块】的大小，在Buffer Pool中划分出一个一个的缓存页和一个一个与其对应的描述数据（控制块）。此时的buffer pool像一个干净的本子，没有书写任何内容。
4 free链
innodb在设计之初，会将所有【空闲的缓冲页】所对应的【控制块】作为一个个的节点，形成一个链表，这个链表就是free链，翻译过来就是空闲链表。
free链表是一个双向链表，链表上除了控制块以外，还有一个基础节点，存储了free链有多少个描述信息块，也就是有多少个空闲的缓存页，以及指向链表头尾的指针。
当我们加载数据的时候，会从free链中找到空闲的缓存页，把数据页的【表空间号和数据页】号写入【控制块】。
加载数据到缓存页后，会把缓存页对应的控制块从free链表中移除。
5 怎么知道数据页是否被缓存？
使用【表空间号+页号】就可以确定一个唯一的页，可以设计一个hash表，使用【表空间号+页】号当做key，使用【控制块地址】做value，每次查询的时候只需要通过key进行查找即可，大家都知道hash的时间复杂度是O(1)，这样就能迅速定位缓存的页。
6 flush链表
6.1 脏页
在sql的执行过程中，无论是增删改查，都是优先在buffer pool中进行的，这样可以极大的保证执行效率。但是同样会有一个问题，假如我们对缓存页的某些数据进行了修改（执行了一条update语句），就会导致buffer pool中的缓冲页和磁盘的数据页【数据不一致】，那么此时的缓冲页就称之为【脏页】。
6.2 flush链表结构
flush链表同样是一个双向链表，链表结点是被【修改过的缓存页】的控制块。
和free链表一样，flush链表也有一个基础结点，链接首尾结点，并存储了有多少个控制块。
6.3 刷盘时机
后台会有专门的线程每隔一段时间就把flush链表中的脏页刷入磁盘中，刷新的速率取决与当前系统是否繁忙。在这样的机制下，万一系统奔溃，是会产生数据不一致的问题的，没有刷入磁盘的数据就会丢失，而mysql通过日志系统解决了这个问题。
7 LRU链表
内存是有限的，buffer pool更是有限的，缓存只是数据的中转站，当我们的数据量很大以后，buffer pool其实是仅仅能容纳很少一部分数据，所以buffer pool的容量很有可能被使用殆尽，如果此时我们还想继续缓存数据页，当需要更多的空间缓存【新的数据页】的时候，我们将最近使用最少的【缓冲页淘汰掉】就可以了，这就是典型的LRU（Least Recently Used）算法。
对于innodb而言，则是通过【LRU链表】来完成此功能的，他的结构和free链表、flush链表基本相同，只是负责的功能不同而已。
当客户端访问一条数据时，会加载对应的数据页到buffer pool，并会将缓冲页对应的控制块放置到【LRU链表的首位】。一旦buffer pool被占满，则从链表的末端开始淘汰数据，这是最简单的实现。
7.1 LRU链表优化
存在的问题：
（1）数据页预读：innodb从磁盘读取数据，也不一定是一页页读取，当mysql读取当前需要的页时，如果觉得后续操作会使用【附近的页】，就会将他们一起缓存到buffer pool，这样的作用是为了提升效率。但是，这也会导致大量的使用频率并不高的数据放置在LRU链表头部，反而将一些真正的【热点数据】淘汰。
（2）全表扫描：一条【select * from user】 语句，会直接将一张表的全表数据缓存，并全部放在LRU链表头部，一样会淘汰很多热点数据。
优化：
innodb对该链表进行了优化，将【LRU链表】分成了两个区域，分为【热数据区】和【冷数据区】，默认情况下冷数据区占了总链表的37%，实现如下：
（1）对于预读的数据页，会在第一次访问时放入old区域，如果在sql执行的过程中访问相邻数据时，再次访问访问到该数据页，则把他加入如热数据区。
（2）【大表的全表扫描】是个使用频率很低的操作（小表怎么操作都无所谓），但是如果按照上边的操作，首先全表数据会被放在【old区】，全表扫描必然会因为访问相邻数据而产生第二次、第三次、甚至数百次的访问，也就以为着这些页面会被全部放在young区。为了解决这个问题，INnodb提供了这样一个参数【innodb_old_blocks_time】，默认是1s，他的执行流程大致如下：1、页被首次访问时会记录访问的时间戳。
2、以后访问都和首次访问的时间进行对比，如果时间大于1s，就讲当前页放入yong区。
3、一个sql的扫描一个页的时间，哪怕在慢也不会低于1s，这样就解决了一个全表扫秒而导致全表成为热点数据的问题。
这也就意味着，热点数据要求首次访问时间和最后一次访问时间的时间差不能低于1s。