前文我们已经讲了Buffer Pool最基础的数据存储单元，缓存页。缓存页里存储的就是一行一行的数据，同时每个缓存页都对应了一个描述数据。

那MySQL启动的时候，是如何初始化Buffer Pool的？又是如何从磁盘加载数据文件到缓冲页的呢？

MySQL启动的时候，会按照配置在内存中给Buffer Pool分配一块内存，作为Buffer Pool的内存空间。然后会按照默认的16K缓存页大小，在Buffer Pool中划分出一个个的缓存页和与它们一一对应的描述数据块，这些描述数据块比较小。

此时这些缓冲页都还是空的， 然后Buffer Pool会搞出一个free链表，把这些描述数据块放到这个free链表中，这个free链表是公用的，如果有多个Buffer Pool，它们会公用这个free链表。

如上图，这个free链表是个双向链表，它里面就是各个缓存页的描述数据块的指针，指向了各个Buffer Pool中的描述数据。

另外，这个free链表还有一个基础节点，它会引用双向链表的头节点尾节点，同时会记录free链表中有多少个节点，也就是多少个空闲的缓冲页。

现在有了free链表，我们从磁盘加载数据页到Buffer Pool缓存页的时候，就可以从free链表里获取一个描述数据块，然后就可以对应的获取到这个描述数据块对应的空闲缓存页。

把磁盘上的数据页加载到Buffer Pool的缓存页后，同时会把相关的描述数据写入缓存页的描述数据块去，比如这个数据页所属的表空间，页号，最后从free移除这个节点。

可能有同学疑问，我怎么知道数据页有没有加载到Buffer Pool？

我们在操作数据的时候，肯定要先看下这条数据对应的数据页是否已经加载到缓存页，如果已经加载了，就直接使用了。如果没有加载，就从free链表中找到一个空闲的缓存页，写入描述数据，再从free链表中移除这个节点。

其判断依据，是数据库的一个哈希表。

这个哈希表，用表空间号 + 数据页号作为key，缓冲页地址作为value。

当你要使用一个数据页时，先在这个哈希表里判断下这个页是否存在。如果存在，就直接根据value找到缓冲页了，如果不存在，就要去加载，然后把这个页的信息写入哈希表中。

当我们把数据页加载到缓存页后，就可可以操作数据了，当你完成了对缓存页数据的更新，那么缓存页的数据就和磁盘上的数据页里的数据不一致了，怎么刷到磁盘上去呢？

不能每次修改一条数据，就把所有缓存页都刷到磁盘去吧？有的可能只是读取才加载到Buffer Pool，并没有修改，没必要刷盘啊。

其实InnoDB里还有个flush链表，这个flush链表跟free链表类似，其每个节点保存的也是描述数据块的指针，当某个缓存页修改了，就把它对应的描述数据块放到flush链表中。如下图所示：

通过上面的分析，我们基本能知道，MySQL启动的时候，会分配一块Buffer Pool内存区，然后划分出一块一块的缓存页，这些页都是空的，都会加入到free链表中。当要访问数据的时候，先判断下缓存页是否在数据页缓存哈希表中，如果在就直接使用了，如果不在，就从磁盘文件中加载数据页，然后从free链表中删除这个节点。完成修改后，就把这个缓存页加入到flush链表，等待刷入磁盘。

接下来，我们需要思考一个问题，我们不停的把磁盘上的数据页加载到free链表中去，free链表就会不停的移除空闲缓存页，总会有free链表没有空闲缓存页的时候，这时候还要加载数据页到空闲缓存页怎么办？

Buffer Pool大小是固定的，free链表在初始的时候，也初始化了所有的空闲缓存页，数量也是固定的，当所有缓存页都被填满了后，就需要淘汰点一些缓存页。

淘汰哪些呢？

这就要引入缓存命中率了。

假设有两个缓存页，一个缓存页，1分钟之内访问了100次，另一个缓存页1分钟之内只有访问了10次，这时我们就可以说前者缓存命中率比后者高。

这时候必须要淘汰一个缓存页，肯定是淘汰掉缓存命中率低的那个了。

说到这里，很多同学肯定会想到它了，没错，就是LRU算法。

LRU，least recently used，最近最少使用的意思。

InnoDB通过引入LRU链表，就可以知道哪些缓存页最近最少被使用，当你要淘汰一些缓存页的时，就知道淘汰哪些缓存页了。

LRU链表的特性就是，你只要访问了某个节点，它就会把这个节点移动到链表头部去，也就是说最近被访问的节点一定在LRU链表的头部，访问少的节点，自然到了链表的尾部。

这样的话，当缓存页长时间没有被访问，就处于LRU链表的尾部，当要淘汰缓存页的时候，这些访问频率低的节点就可以淘汰掉，重新把需要的磁盘文件数据页加载到空闲的缓存页里来。

总结：

本文引入了3个链表：

free链表，管理Buffer Pool中空闲的缓存页；

flush链表，管理修改过需要刷入磁盘文件的缓存页；

lru链表，用lru算法管理哪些缓存页访问频率高，哪些缓存页访问频率低，当没有空闲缓存页的时候，就可以把访问频率低的缓冲页过期掉，从新加载需要的缓存页了。

END