深入解析MySQL双写缓冲区

本文已收录至GitHub，推荐阅读 👉 Java随想录

微信公众号：Java随想录

在数据库系统的世界中，保障数据的完整性和稳定性是至关重要的任务。为了实现这一目标，MySQL内部使用了许多精巧而高效的机制。

InnoDB是MySQL中一种常用的事务性存储引擎，它具有很多优秀的特性。其中，Doublewrite Buffer是InnoDB的一个重要特性之一，本文将介绍Doublewrite Buffer的原理和应用，帮助读者深入理解其如何提高MySQL的数据可靠性并防止可能的数据损坏。

为什么需要Doublewrite Buffer

我们常见的服务器一般都是Linux操作系统，Linux文件系统页（OS Page）的大小默认是4KB。而MySQL的页（Page）大小默认是16KB。

可以使用如下命令查看MySQL的Page大小：

SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_page_size';

一般情况下，其余程序因为需要跟操作系统交互，所以它们的页（Page）大小都为操作系统页大小的整数倍。比如，Oracle的Page大小为8KB。

MySQL程序是跑在Linux操作系统上的，理所当然要跟操作系统交互，所以MySQL中一页数据刷到磁盘，要写4个文件系统里的页。

如图所示：

需要注意的是，这个刷页的操作并非原子操作，比如我操作系统写到第二个页的时候，Linux机器断电了，这时候就会出现问题了。造成「页数据损坏」。并且这种页数据损坏靠 redo日志是无法修复的。

redo重做日志中记录的是对页的物理操作，而不是页面的全量记录，当发生「Partial Page Write（部分页写入）」问题时，出现问题的是未修改过的数据，此时redo日志无能为力。

Doublewrite Buffer的出现就是为了解决上面的这种情况，给InnoDB存储引擎提供了数据页的可靠性，虽然名字带了Buffer，但实际上Doublewrite Buffer是「内存+磁盘」的结构。

内存结构：Doublewrite Buffer内存结构由128个页（Page）构成，大小是2MB。

磁盘结构：Doublewrite Buffer磁盘结构在系统表空间上是128个页（2个区，extend1和extend2），大小是2MB。

Doublewrite Buffer的原理是，再把数据页写到数据文件之前，InnoDB先把它们写到一个叫「doublewrite buffer（双写缓冲区）」的共享表空间内，在写doublewrite buffer完成后，InnoDB才会把页写到数据文件适当的位置。

如果在写页的过程中发生意外崩溃，InnoDB会在doublewrite buffer中找到完好的page副本用于恢复。

Doublewrite Buffer原理

如上图所示，当有数据页要刷盘时：

如果操作系统在将页写入磁盘的过程中发生了崩溃，在恢复过程中，InnoDB存储引擎可以从共享表空间中的Double write中找到该页的一个副本，将其复制到表空间文件，再应用redo日志。

所以在正常的情况下，MySQL写数据页时，会写两遍到磁盘上，第一遍是写到doublewrite buffer，第二遍是写到真正的数据文件中，这便是「Doublewrite」的由来。

我们可以通过如下命令来监控Doublewrite Buffer工作负载，该命令用于显示有关双写缓冲区(doublewrite buffer)的统计信息。'%dblwr%' 是一个通配符，匹配所有包含 'dblwr' 的状态变量。

show global status like '%dblwr%';

这个命令可能会产生如下格式的输出：

+------------------------+-------+
| Variable_name          | Value |
+------------------------+-------+
| Innodb_dblwr_writes    | 1000  |
| Innodb_dblwr_pages_written | 8000  |
+------------------------+-------+

Doublewrite Buffer和redo log

在MySQL的InnoDB存储引擎中，Redo log和Doublewrite Buffer共同工作以确保数据的持久性和恢复能力。

在系统恢复期间，InnoDB会检查doublewrite buffer，并尝试从中恢复损坏的数据页。如果doublewrite buffer中的数据是完整的，那么InnoDB就会用doublewrite buffer中的数据来更新损坏的页。否则，如果doublewrite buffer中的数据不完整，InnoDB也有可能丢弃buffer内容，重新执行那条redo log以尝试恢复数据。

所以，Redo log和Doublewrite Buffer的协作可以确保数据的完整性和持久性。如果在写入过程中发生故障，我们可以从doublewrite buffer中恢复数据，并通过redo log来进行事务的重播。

Doublewrite Buffer相关参数

以下是一些与Doublewrite Buffer相关的参数及其含义：

• innodb_doublewrite： 这个参数用于启用或禁用双写缓冲区。设置为1时启用，设置为0时禁用， 默认值为1。
• innodb_doublewrite_files： 这个参数定义了多少个双写文件被使用。默认值为2，有效范围从2到127。
• innodb_doublewrite_dir： 这个参数指定了存储双写缓冲文件的目录的路径。默认为空字符串，表示将文件存储在数据目录中。
• innodb_doublewrite_batch_size: 这个参数定义了每次批处理操作写入的字节数。默认值为0，表示InnoDB会选择最佳的批量大小。
• innodb_doublewrite_pages：这个参数定义了每个双写文件包含多少页面。默认值为128。

总结

Doublewrite Buffer是InnoDB的一个重要特性，用于保证MySQL数据的可靠性和一致性。

它的实现原理是通过将要写入磁盘的数据先写入到Doublewrite Buffer中的内存缓存区域，然后再写入到磁盘的两个不同位置，来避免由于磁盘损坏等因素导致数据丢失或不一致的问题。

总的来说，Doublewrite Buffer对于改善数据库性能和数据完整性起着至关重要的作用。尽管其引入了一些开销，但在大多数情况下，这些成本都被其提供的安全性和可靠性所抵消。

感谢阅读，如果本篇文章有任何错误和建议，欢迎给我留言指正。

老铁们，关注我的微信公众号「Java 随想录」，专注分享Java技术干货，文章持续更新，可以关注公众号第一时间阅读。

一起交流学习，期待与你共同进步！