MySQL实战45讲 12

12 | 为什么我的MySQL会“抖”一下？

一条 SQL 语句，正常执行的时候特别快，但是有时也不知道怎么回事，它就会变得特别慢，并且这样的场景很难复现，它不只随机，而且持续时间还很短。
你的 SQL 语句为什么变“慢”了

内存里的数据写入磁盘的过程，叫做 flush。在这个 flush 操作执行之前，内存里的数据和磁盘里的是不一致的。
当内存数据页跟磁盘数据页内容不一致的时候，我们称这个内存页为“脏页”。内存数据写入到磁盘后，内存和磁盘上的数据页的内容就一致了，称为“干净页”。
平时执行很快的更新操作，其实就是在写内存和日志，而 MySQL 偶尔“抖”一下的那个瞬间，可能就是在刷脏页（flush）
什么情况会引发数据库的 flush 过程

第一种场景是InnoDB 的redo log 写满了。这时候系统会停止所有更新操作，把 checkpoint 往前推进，redo log 留出空间可以继续写。

把 checkpoint 位置从 CP 推进到 CP’，就需要将两个点之间的日志（浅绿色部分），对应的所有脏页都 flush 到磁盘上。之后，图中从 write pos 到 CP’之间就是可以再写入的 redo log 的区域。
第二种场景是系统内存不足。当需要新的内存页，而内存不够用的时候，就要淘汰一些数据页，空出内存给别的数据页使用。如果淘汰的是“脏页”，就要先将脏页写到磁盘。
Q：如果直接淘汰内存，下次需要请求该页时，直接从磁盘读入数据页，然后拿 redo log 出来应用效率不好嘛？
A：
如果刷脏页一定会写盘，就保证了每个数据页有两种状态：

• 一种是内存里存在，内存里就肯定是正确的结果，直接返回；
  
• 另一种是内存里没有数据，就可以肯定数据文件上是正确的结果，读入内存后返回。
  

这样的效率最高。
第三种场景是 MySQL 认为系统“空闲”的时候
第四种场景是 MySQL 正常关闭的情况。这时候，MySQL 会把内存的脏页都 flush 到磁盘上，这样下次 MySQL 启动的时候，就可以直接从磁盘上读数据，启动速度会很快。
上面四种场景对性能的影响

后两种情景不会太关注“性能”问题，主要来分析前两种场景下的性能问题。
第一种是“redo log 写满了，要 flush 脏页”，这种情况是 InnoDB 要尽量避免的。因为出现这种情况的时候，整个系统就不能再接受更新了，所有的更新都必须堵住。如果你从监控上看，这时候更新数会跌为 0。
第二种是“内存不够用了，要先将脏页写到磁盘”，这种情况其实是常态。
InnoDB 用缓冲池（buffer pool）管理内存，缓冲池中的内存页有三种状态：

• 第一种是，还没有使用的；
  
• 第二种是，使用了并且是干净页；
  
• 第三种是，使用了并且是脏页。
  

InnoDB 的策略是尽量使用内存，因此对于一个长时间运行的库来说，未被使用的页面很少。
而当要读入的数据页没有在内存的时候，就必须到缓冲池中申请一个数据页。这时候只能把最久不使用的数据页从内存中淘汰掉：
如果要淘汰的是一个干净页，就直接释放出来复用；
但如果是脏页，就必须将脏页先刷到磁盘，变成干净页后才能复用。
所以，刷脏页虽然是常态，但是出现一个查询要淘汰的脏页个数太多，会导致查询的响应时间明显变长，明显影响性能
所以，InnoDB 需要有控制脏页比例的机制，来尽量避免上面的这两种情况。
InnoDB 刷脏页的控制策略

首先，要正确地告诉 InnoDB 所在主机的 IO 能力，这样 InnoDB 才能知道需要全力刷脏页的时候，可以刷多快。通过设置 innodb_io_capacity 这个参数为磁盘的 IOPS 来避免浪费磁盘性能。
毕竟磁盘能力不能只用来刷脏页，还需要服务用户请求。所以接下来，我们就一起看看 InnoDB 怎么控制引擎按照“全力”的百分比来刷脏页。
Q：如果你来设计策略控制刷脏页的速度，会参考哪些因素呢？
A：
如果刷太慢，会出现什么情况？
首先是内存脏页太多，其次是 redo log 写满。
所以，InnoDB 的刷盘速度就是要参考这两个因素：一个是脏页比例，一个是 redo log 写盘速度。
参数 innodb_max_dirty_pages_pct 是脏页比例上限，默认值是 75%。
F1：InnoDB 会根据当前的脏页比例（假设为 M），算出一个范围在 0 到 100 之间的F1
F2：InnoDB 每次写入的日志都有一个序号，当前写入的序号跟 checkpoint 对应的序号之间的差值为 N。InnoDB 会根据这个 N 算出一个范围在 0 到 100 之间的数字F2
根据上述算得的 F1 和 F2两个值，取其中较大的值记为 R，之后引擎就可以按照 innodb_io_capacity 定义的能力乘以 R% 来控制刷脏页的速度。

总结：

合理地设置 innodb_io_capacity 的值，并且平时要多关注脏页比例，不要让它经常接近 75%。
一个有趣的策略

一旦一个查询请求需要在执行过程中先 flush 掉一个脏页时，这个查询就可能要比平时慢了。而 MySQL 中的一个机制，可能让你的查询会更慢：
在准备刷一个脏页的时候，如果这个数据页旁边的数据页刚好是脏页，就会把这个“邻居”也带着一起刷掉；而且这个把“邻居”拖下水的逻辑还可以继续蔓延，也就是对于每个邻居数据页，如果跟它相邻的数据页也还是脏页的话，也会被放到一起刷。
在 InnoDB 中，innodb_flush_neighbors 参数就是用来控制这个行为的，值为 1 的时候会有上述的“连坐”机制，值为 0 时表示不找邻居，自己刷自己的。
在 MySQL 8.0 中，innodb_flush_neighbors 参数的默认值是 0
Q：一个内存配置为 128GB、innodb_io_capacity 设置为 20000 的大规格实例，正常会建议你将 redo log 设置成 4 个 1GB 的文件。
但如果你在配置的时候不慎将 redo log 设置成了 1 个 100M 的文件，会发生什么情况呢？又为什么会出现这样的情况呢？
A：
每次事务提交都要写 redo log，如果设置太小，很快就会被写满，也就是下面这个图的状态，这个“环”将很快被写满，write pos 一直追着 CP。

这时候系统不得不停止所有更新，去推进 checkpoint。
这时，看到的现象是磁盘压力很小，但是数据库出现间歇性的性能下跌。

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