1. Buffer Pool 緩沖池

首先，需要理解一個核心問題：數據庫的更新操作，直接寫到磁盤是非常慢的。 磁盤是機械設備，讀寫速度遠低于內存。如果每次更新都直接寫盤，數據庫的性能會非常差。

為了解決這個問題，數據庫引入了內存緩存的概念，也就是圖中的 Buffer Pool (緩沖池)。

可以把 Buffer Pool 想象成一個高速緩存區，它存儲了數據庫中經常訪問的數據頁（數據在磁盤上是以“頁”為單位存儲的）。

• 讀取數據時： 如果要讀取的數據頁已經在 Buffer Pool 中，就直接從內存讀取，速度非常快。如果不在，就需要從磁盤加載到 Buffer Pool 中，然后再從 Buffer Pool 中讀取。
• 更新數據時： 數據庫并不會直接將更新后的數據寫回磁盤，而是先將更新操作應用到 Buffer Pool 中的數據頁上。

2. redo log (重做日志)

現在問題來了，如果數據只更新到了 Buffer Pool，還沒有寫回磁盤，這個時候數據庫突然崩潰了，怎么辦？內存中的數據就會丟失，導致數據不一致。

這就是 redo log (重做日志) 的作用。

可以把 redo log 想象成一個操作日志本，它記錄了數據庫的所有更新操作。

• 當你執行一個更新操作時，InnoDB 存儲引擎會先將這個更新操作記錄到 redo log buffer (重做日志緩存) 中。
• 然后，再將更新應用到 Buffer Pool 中的數據頁。

這個過程非常重要：先寫日志，再更新內存。 這就是所謂的 WAL (Write-Ahead Logging，先寫日志) 技術。

redo log 的作用：

redo log 的主要作用是 保證事務的持久性。即使數據庫崩潰，只要 redo log 中的數據沒有丟失，就可以通過回放 redo log 來恢復崩潰前的數據狀態。

我們結合圖來看整個流程：

[應用程序] ││ UPDATE user SET balance=200 WHERE id=1▼
[InnoDB引擎]├── 1. 從磁盤加載數據頁到 → [Buffer Pool]（內存緩沖區）├── 2. 修改Buffer Pool中的數據（產生臟頁）├── 3. 記錄物理修改到 → [redo log buffer]（內存）└── 4. 提交事務時將redo log刷盤 → [ib_logfile]（磁盤）│└── 后臺線程異步將臟頁刷回磁盤數據文件

1. 磁盤加載數據放入緩沖池 ：當你需要讀取或修改某個數據時，如果它不在 Buffer Pool 中，會先從磁盤加載到 Buffer Pool 中。
2. 直接更新緩存數據 ：更新操作會直接作用于 Buffer Pool 中的數據頁。
3. 記錄更新信息：同時，這個更新操作的信息會被記錄到 redo log buffer 中。
4. 清空 redo log buffer 刷盤到 redo 日志中：redo log buffer 中的內容會定期或在特定時機（比如事務提交時）被刷寫到磁盤上的 redo log 文件中。

為什么需要 redo log buffer？

redo log buffer 就像一個臨時的緩沖區，用于存放最近的 redo log 記錄。先寫到 buffer 中比直接寫到磁盤更快。當 buffer 滿了或者滿足其他條件時，才會將 buffer 中的內容批量刷寫到磁盤，減少了磁盤 I/O 的次數。

什么時候刷盤呢？

redo log buffer 刷盤到磁盤的時機有很多種，包括：

• 事務提交時： 這是最常見的刷盤時機，保證了事務的持久性。
• 當 redo log buffer 空間不足時： 如果 redo log buffer 快滿了，會強制刷盤。
• 后臺線程定時刷盤： InnoDB 有后臺線程會定期將 redo log buffer 中的內容刷盤。
• 正常關閉數據庫時： 關閉數據庫之前，會把 redo log buffer 中的內容刷盤。

---

3. 總結一下 redo log 和 Buffer Pool 在更新數據時的協同工作

1. 更新操作先寫到 redo log buffer。
2. 更新操作應用到 Buffer Pool 中的數據頁。
3. redo log buffer 中的內容在合適的時機刷寫到磁盤上的 redo log 文件。
4. Buffer Pool 中的臟頁（被修改過但還沒寫回磁盤的數據頁）會在合適的時機（比如后臺線程、Buffer Pool 空間不足等）刷寫到磁盤上的數據文件。

通過這種方式，數據庫可以在保證數據持久性的同時，提高更新操作的性能，因為大部分更新操作都先在內存中完成。即使發生崩潰，也可以通過 redo log 來恢復數據。

關鍵組件關系圖

+-------------------+    1.記錄操作     +-------------------+
| redo log buffer   | <--------------  | 事務更新請求       |
| (內存日志緩存)    |                   |                   |
+-------------------+                  +--------+----------+| 2.刷日志(保證持久性)                     | 3.修改內存數據V                                        V
+-------------------+                +----------------------+
| 磁盤 redo log文件  |               | Buffer Pool          |
| (安全存儲的操作記錄)|               | (內存數據頁)          |
+-------------------+                |                      |^                             | 4.標記為臟頁          ||                             +----------------------+|                                        || 5.推進檢查點(釋放日志空間)               | 6.觸發刷盤條件|----------------------------------------+V                                        V
+-------------------+                +----------------------+
| 磁盤數據文件       | <------------- | 后臺線程刷臟頁        |
| (最終持久化數據)   |  7.覆蓋寫數據   | (將臟頁內容寫入磁盤)  |
+-------------------+                +----------------------+

刷盤完成后

• 臟頁變干凈：Buffer Pool 中該頁標記為「非臟頁」（與磁盤一致）
• 推進檢查點 (Checkpoint)
  • 系統記錄：「此臟頁數據已落盤，其對應的 redo log 記錄可被覆蓋」
  • 磁盤 redo log 文件：釋放舊日志空間（循環復用）
    磁盤一致）
• 推進檢查點 (Checkpoint)
  • 系統記錄：「此臟頁數據已落盤，其對應的 redo log 記錄可被覆蓋」
  • 磁盤 redo log 文件：釋放舊日志空間（循環復用）