数据库内核月报 － 2015 / 08-MySQL · 功能分析 · MySQL表定义缓存

表定义

MySQL的表包含表名，表空间、索引、列、约束等信息，这些表的元数据我们暂且称为表定义信息。
对于InnoDB来说，MySQL在server层和engine层都有表定义信息。server层的表定义记录在frm文件中，而InnoDB层的表定义信息存储在InnoDB系统表中。例如:

 InnoDB_SYS_DATAFILES   
 InnoDB_SYS_TABLESTATS  
 InnoDB_SYS_INDEXES     
 InnoDB_SYS_FIELDS      
 InnoDB_SYS_TABLESPACES 
 InnoDB_SYS_FOREIGN_COLS
 InnoDB_SYS_FOREIGN     
 InnoDB_SYS_TABLES      
 InnoDB_SYS_COLUMNS     

注：以上都是memory表，它们内容是从实际系统表中获取的。实际上InnoDB系统表engine也是InnoDB类型的，数据也是以B树组织的。

在数据库每次执行sql都会访问表定义信息，如果每次都从frm文件或系统表中获取，效率会较低。因此MySQL在server层和InnoDB层都有表定义的缓存。以MySQL 5.6为例，参数table_definition_cache控制了表定义缓存中表的个数，server层和InnoDB层的表定义缓存共用此参数。

server层表定义缓存

server层表定义为TABLE_SHARE对象，TABLE_SHARE对象有引用计数和版本信息，每次使用flush操作会递增版本信息。
server层表定义缓存由hash表和old_unused_share链表组成，通过hash表table_def_cache以表名为key缓存TABLE_SHARE对象，同时未使用的TABLE_SHARE对象通过old_unused_share链表链接。

• 获取TABLE_SHARE(get_table_share)
  先从HASH查找，找不到再读取frm文件加载表定义信息。同时递增引用计数。

• 释放TABLE_SHARE(release_table_share)
  递减引用计数。当引用计数为0时，如果版本发生变化，直接删除此TABLE_SHARE。

old_unused_share链表调整:

• 获取TABLE_SHARE时(get_table_share)
  未使用的TABLE_SHARE对象被启用，须从LRU链表取出；
  如果缓存总数超出table_definition_cache大小，须依次从old_unused_share链表尾部去除。

• 释放TABLE_SHARE时(release_table_share)
  当引用计数为0时，如果版本没有发生变化，将TABLE_SHARE对象加入old_unused_share链表尾部。如果缓存总数超出table_definition_cache大小，须依次从old_unused_share链表尾部去除。
  真正free TABLE_SHARE对象时，如果此对象还在old_unused_share链表中，须从其中去除。

InnoDB层表定义缓存

InnoDB表定义为dict_table_t， 缓存为dict_sys_t，结构如下

struct dict_sys_t{
    ...
    hash_table_t*    table_hash;    /*!< hash table of the tables， based
                    on name */
    hash_table_t*    table_id_hash;    /*!< hash table of the tables， based
                    on id */
    ulint        size;        /*!< varying space in bytes occupied
                    by the data dictionary table and
                    index objects */
    dict_table_t*    sys_tables;    /*!< SYS_TABLES table */
    dict_table_t*    sys_columns;    /*!< SYS_COLUMNS table */
    dict_table_t*    sys_indexes;    /*!< SYS_INDEXES table */
    dict_table_t*    sys_fields;    /*!< SYS_FIELDS table */

    UT_LIST_BASE_NODE_T(dict_table_t)
            table_LRU;    /*!< List of tables that can be evicted
                    from the cache */
    UT_LIST_BASE_NODE_T(dict_table_t)
            table_non_LRU;    /*!< List of tables that can't be
                    evicted from the cache */
};

主要由hash表和LRU链表组成。

• 两个hash表，分别按name和id，便于按name和id进行查找。

• table_non_LRU：
  存放不放入到LRU链表的表，这些表不会从缓存中淘汰出去。那么哪些表会放入table_non_LRU链表呢？
  1. 系统表，如sys_tables sys_columns sys_fields SYS_INDEXES等；
  2. 有引用关系的表都加入table_non_LRU(dict_foreign_add_to_cache)；
  3. 有全文索引的表都加入table_non_LRU(fts_optimize_add_table)；
  4. 便于删表，删表前对将表加入table_non_LRU，删表时加载表时保证表仍然在缓存中，例如表corrupted时。

• table_LRU
  不在table_non_LRU链表中的表都加入table_LRU链表中。

• dict_table_t* sys_tables 等
  常用系统表单独标识出来，每次使用时直接取出，不需要从hash表查找。

• LRU的维护
  既然存在table_LRU链表，我们就需要考虑LRU的调整：

  1. 将最近使用的表放入LRU头部（dict_move_to_mru）
     每次按name和id查找时都会调整，参考dict_table_open_on_name和dict_table_open_on_id。

  2. LRU的淘汰

     • 淘汰哪些表
       LRU中表才可以淘汰，table_non_LRU中的表不参入淘汰。
       表引用计数必须为0(table->n_ref_count == 0)。
       表的索引被自适应哈希引用计数必须为0(btr_search_t->ref_count=0)。
     • 何时淘汰
       主线程控制每47（SRV_MASTER_DICT_LRU_INTERVAL）秒检查一次，只遍历一半LRU链表。
       主线程空闲时检查一次，但扫所有LRU链表，清理控制缓存表个数不能超过table_definition_cache。
     • 如何淘汰
       从LRU尾部开始，淘汰满足条件表(dict_make_room_in_cache)。

注：
1. table_non_LRU没有实际作用，主要用于debug；
2. 如果有较多引用约束的表，它们不受LRU管理，参数table_definition_cache的作用会弱化。