InnoDB 是 MySQL 中一種常用的事務(wù)性存儲引擎，它具有很多優(yōu)秀的特性。其中，Doublewrite Buffer 是 InnoDB 的一個(gè)重要特性之一。

本文將介紹Doublewrite Buffer的原理和應(yīng)用。

• 為什么需要 Doublewrite Buffer？
• Doublewrite Buffer 的架構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)原理是什么？
• Redo Log 與 不是可以實(shí)現(xiàn)崩潰恢復(fù)了碼？為何還需要 Doublewrite Buffer？

為什么需要 Doublewrite Buffer

InnoDB 頁大小為 16KB，而操作系統(tǒng)（如 Linux）頁大小為 4KB，單次寫入需拆分 4 個(gè) OS 頁。

可以使用如下命令查看 MySQL 的 Page 大小：

SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_page_size';

MySQL 程序是跑在 Linux 操作系統(tǒng)上的，需要跟操作系統(tǒng)交互，所以 MySQL 中一頁數(shù)據(jù)刷到磁盤，要寫 4 個(gè)文件系統(tǒng)里的頁。

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需要注意的是，這個(gè)操作并非原子操作，比如我操作系統(tǒng)寫到第二個(gè)頁的時(shí)候，Linux 機(jī)器斷電了，這時(shí)候就會出現(xiàn)問題了。

造成”頁數(shù)據(jù)損壞“。并且這種”頁數(shù)據(jù)損壞“靠 redo 日志是無法修復(fù)的。

Redo log 中記錄的是對頁的物理操作，而不是頁面的全量記錄，而如果發(fā)生 partial page write（部分頁寫入）問題時(shí)，出現(xiàn)問題的是未修改過的數(shù)據(jù)，此時(shí)重做日志(Redo Log)無能為力。

Doublewrite Buffer 的出現(xiàn)就是為了解決上面的這種情況，雖然名字帶了 Buffer，但實(shí)際上 Doublewrite Buffer 是內(nèi)存+磁盤的結(jié)構(gòu)。

Doublewrite Buffer 是一種特殊文件 flush 技術(shù)，帶給 InnoDB 存儲引擎的是數(shù)據(jù)頁的可靠性。

它的作用是，在把頁寫到數(shù)據(jù)文件之前，InnoDB 先把它們寫到一個(gè)叫 doublewrite buffer（雙寫緩沖區(qū)）的共享表空間內(nèi)，在寫 doublewrite buffer 完成后，InnoDB 才會把頁寫到數(shù)據(jù)文件的適當(dāng)?shù)奈恢谩?/span>

如果在寫頁的過程中發(fā)生意外崩潰，InnoDB 在稍后的恢復(fù)過程中在 doublewrite buffer 中找到完好的 page 副本用于恢復(fù)。

架構(gòu)設(shè)計(jì)

Doublewrite Buffer 采用 內(nèi)存+磁盤雙層結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵組件如下：

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內(nèi)存結(jié)構(gòu)

• 容量固定為 128 個(gè)頁（2MB），每個(gè)頁 16KB。
• 數(shù)據(jù)頁刷盤前，通過 memcpy 拷貝至內(nèi)存 Doublewrite Buffer。

磁盤結(jié)構(gòu)

• 位于系統(tǒng)表空間（ibdata），分為 2 個(gè)區(qū)（extent1/extent2），共 2MB。
• 數(shù)據(jù)以 順序?qū)?/span> 方式寫入，避免隨機(jī) I/O 開銷。

工作流程如下圖所示：

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如上圖所示，當(dāng)有數(shù)據(jù)修改且頁數(shù)據(jù)要刷盤時(shí)：

1. 第一步：記錄 Redo log。
2. 第二步：臟頁從 Buffer Pool 拷貝至內(nèi)存中的 Doublewrite Buffer。
3. 第三步：Doublewrite Buffer 的內(nèi)存里的數(shù)據(jù)頁，會 fsync 刷到 Doublewrite Buffer 的磁盤上，分兩次寫入磁盤共享表空間中(連續(xù)存儲，順序?qū)懀阅芎芨?，每次寫 1MB；
4. 第四步：Doublewrite Buffer 的內(nèi)存里的數(shù)據(jù)頁，再刷到數(shù)據(jù)磁盤存儲 .ibd 文件上（離散寫）；

時(shí)序圖如下：

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崩潰恢復(fù)

如果第三步前，發(fā)生了崩潰，可以通過第一步記錄的 Redo log 來恢復(fù)。

如果第三步完成后發(fā)生了崩潰， InnoDB 存儲引擎可以從共享表空間中的 Double write 中找到該頁的一個(gè)副本，將其復(fù)制到獨(dú)立表空間文件，再應(yīng)用 Redo log 恢復(fù)。

在正常的情況下，MySQL 寫數(shù)據(jù)頁時(shí)，會寫兩遍到磁盤上，第一遍是寫到 doublewrite buffer，第二遍是寫到真正的數(shù)據(jù)文件中，這就是“Doublewrite”的由來。

Doublewrite Buffer 通過 兩次寫 機(jī)制，在內(nèi)存和磁盤間構(gòu)建冗余副本，成為 InnoDB 保障數(shù)據(jù)完整性的基石。

其架構(gòu)設(shè)計(jì)平衡了性能與可靠性，尤其在高并發(fā)或異常宕機(jī)場景下表現(xiàn)突出。