什么是缓存命中
重要
在数据库系统中，为了提升性能，通常会使用缓冲池（Buffer Pool） —— 这是内存中的一块区域，用来缓存从磁盘读取的数据页（Data Pages）。当数据库需要读取某条记录时：
如果该记录所在的数据页已经在 Buffer Pool 中 → 称为 缓存命中（Cache Hit），直接从内存读取，速度快。
如果不在 Buffer Pool 中 → 称为 缓存未命中（Cache Miss），需要从磁盘读取数据页到内存，速度慢（磁盘 I/O 比内存访问慢几个数量级）。
1.为什么需要缓存？
- 数据库的数据最终是持久化在磁盘上的。但磁盘（即使是 SSD）的读写速度远远慢于内存：
存储介质典型访问延迟对比
| 存储介质 | 典型访问延迟 |
|---|---|
| CPU 寄存器 | ~1 纳秒 |
| L1/L2 缓存 | ~1–10 纳秒 |
| 主内存（RAM） | ~100 纳秒 |
| NVMe SSD | ~10–100 微秒（= 10,000–100,000 纳秒） |
| 机械硬盘（HDD） | ~5–10 毫秒（= 5,000,000–10,000,000 纳秒） |
内存比磁盘快 100 倍到 10 万倍！
提示
因此，如果每次查询都要去磁盘读数据，数据库性能会非常差。为了解决这个问题，数据库引入了缓冲池（Buffer Pool） —— 一个用内存模拟“高速缓存”的机制。
2.什么是 Buffer Pool（缓冲池）？
定义：
- Buffer Pool 是数据库（如 MySQL InnoDB）在启动时向操作系统申请的一块连续内存区域，用于缓存从磁盘读取的数据页（Data Pages）。
默认大小
- MySQL 中通过 innodb_buffer_pool_size 配置，默认通常是 128MB，但在生产环境中常设为物理内存的 50%~80%。
单位
- 缓存的基本单位是 页（Page），InnoDB 默认页大小为 16KB（可通过配置调整为 4KB、32KB、64KB）。
重要
数据库不是按“行”或“字段”缓存，而是按“页”缓存。
3.缓存命中完整流程（select 为例）
SELECT name FROM users WHERE id = 100;1.定位数据页
- 数据库通过主键索引（B+树）找到id=100所在的数据页编号（比如Page #456）。
2.检查Buffer Pool
- 检查Page #456 是否在Buffer Pool 中。
A 在（Cache Hit ）
直接从内存读取该页
解析页内容，提取name字段
返回结果
微秒级B 不在（Cache Miss）
触发一次 磁盘 I/O：从磁盘读取 Page #456 到内存；
将该页放入 Buffer Pool（可能需要淘汰旧页，采用 LRU 算法）；
再从内存读取数据；
返回结果
耗时：毫秒级（慢 100~1000 倍）4.影响缓存命中率的关键因素
| 因素 | 说明 | 对命中率的影响 |
|---|---|---|
| Buffer Pool 大小 | 内存越大，能缓存的页越多 | ↑ 内存 → ↑ 命中率 |
| 数据访问局部性 | 热点数据是否集中 | 热点集中 → ↑ 命中率 |
| 表结构设计 | 行太大会减少每页行数 | 行大 → 页少 → ↓ 命中率 |
| 查询模式 | 是否频繁扫描冷数据 | 全表扫描冷数据 → 淘汰热点页 → ↓ 命中率 |
| LRU 算法优化 | InnoDB 使用“改进的 LRU”防止一次性扫描污染缓存 | 合理设计可维持高命中率 |
5.垂直分表如何提升缓存命中率？
原始大表： 100个字段，平均每行5KB,每页仅存在3行
垂直拆分后 ：
- 主表：10 个常用字段，每行 200 字节 → 每页可存约 80 行
- 扩展表：90 个不常用/大字段，单独存储
结果：
相同大小的 Buffer Pool，现在能缓存 主表的更多行；
高频查询只访问主表 → 更大概率命中；
冷数据（扩展表）很少加载，不污染 Buffer Pool。重要
这就是“让内存更高效地服务热点数据”的核心思想。
6.总结
| 概念 | 说明 |
|---|---|
| 缓存命中（Cache Hit） | 所需数据页已在内存 Buffer Pool 中，无需磁盘 I/O |
| 缓存未命中（Cache Miss） | 需从磁盘加载数据页到内存，性能开销大 |
| 缓存命中率 | 衡量数据库内存利用效率的关键指标，越高越好 |
| 提升命中率的方法 | 增大 Buffer Pool、优化表结构、聚焦热点数据、避免全表扫描等 |
怎么样优化表结构，见下一篇,优化表结构
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