MySQL查询缓存

什么是MySQL查询缓存

MySQL 缓存机制就是缓存 sql 文本及缓存结果，用 KV 形式保存再服务器内存中，如果运行相同的 sql，服务器直接从缓存中去获取结果，不需要在再去解析、优化、执行 sql。

如果这个表修改了，那么使用这个表中的所有缓存将不再有效，查询缓存值得相关条目将被清空。表中得任何改变是值表中任何数据或者是结构的改变，包括 insert, update, delete, truncate, alter table, drop table 或者是 drop database 包括那些映射到改变了的表的使用 merge 表的查询，显然，对于频繁更新的表，查询缓存不合适，对于一些不变的数据且有大量相同 sql 查询的表，查询缓存会节省很大的性能。

命中条件

缓存存在一个 hash 表中，通过查询 SQL，查询数据库，客户端协议等作为 key，在判断命中前，mysql 不会解析 SQL，而是使用 SQL 去查询缓存，SQL 上的任何字符的不同，如空格，注释，都会导致缓存不命中。如果查询有不确定的数据 like now(),current_date()，那么查询完成后结果者不会被缓存，包含不确定的数的是不会放置到缓存中。

工作流程

服务器接收 SQL，以 SQL 和一些其他条件为 key 查找缓存表。
如果找到了缓存，则直接返回缓存。
如果没有找到缓存，则执行 SQL 查询，包括原来的 SQL 解析，优化等。
执行完 SQL 查询结果以后，将 SQL 查询结果缓存入缓存表。

MySQL查询缓存配置

下面是关于 Query Cache 相关参数：

query_cache_size： 设置 Query Cache 所使用的内存大小，默认值为 0，大小必须是 1024 的整数倍，如果不是整数倍，MySQL 会自动调整降低最小量以达到 1024 的倍数。
query_cache_type： 控制 Query Cache 功能的开关，可以设置为 0(OFF)，1(ON) 和 2(DEMAND) 三种：0 表示关闭 Query Cache 功能，任何情况下都不会使用 Query Cache；1 表示开启 Query Cache 功能，但是当 SELECT 语句中使用的 SQL_NO_CACHE 提示后，将不使用 Query Cache；2(DEMAND) 表示开启 Query Cache 功能，但是只有当 SELECT 语句中使用了 SQL_CACHE 提示后，才使用 Query Cache。
query_cache_limit： 允许 Cache 的单条 Query 结果集的最大容量，默认是 1MB，超过此参数设置的 Query 结果集将不会被 Cache。
query_cache_min_res_unit： 设置 Query Cache 中每次分配内存的最小空间大小，也就是每个 Query 的 Cache 最小占用的内存空间大小。
query_alloc_block_size： 缓存的块大小，默认为 8192 字节。
query_cache_wlock_invalidate： 控制当有写锁加在表上的时候，是否先让该表相关的 Query Cache 失效，1(TRUE)，在写锁定的同时将使该表相关的所有 Query Cache 失效。0(FALSE)，在锁定时刻仍然允许读取该表相关的 Query Cache。
Qcache_lowmem_prunes： 这是一个状态变量(show status)，当缓存空间不够需要释放旧的缓存时，该值会自增。
Qcache_free_blocks： 目前还处于空闲状态的 Query Cache 中内存 Block 数目。
Qcache_free_memory： 目前还处于空闲状态的 Query Cache 内存总量。
Qcache_hits： Query Cache 命中次数。
Qcache_inserts： 向 Query Cache 中插入新的 Query Cache 的次数，也就是没有命中的次数。
Qcache_lowmem_prunes： 当 Query Cache 内存容量不够，需要从中删除老的 Query Cache 以给新的 Cache 对象使用的次数。
Qcache_not_cached： 没有被 Cache 的 SQL 数，包括无法被 Cache 的 SQL 以及由于 query_cache_type 设置的不会被 Cache 的 SQL。
Qcache_queries_in_cache： 目前在 Query Cache 中的 SQL 数量。
Qcache_total_blocks： Query Cache 中总的 Block 数量。

MySQL查询缓存特点

MySQL 的查询缓存有如下特点：

完全相同的 SQL 才会命中缓存

在查询缓存中搜索结果前，MySQL 不会对 SQL 进行解析，因此，查询缓存的查找方式是字节匹配。也就是说，如果 SQL 中包含不确定内容、多余的空格都会被认为是不同的 SQL。

当服务器端接收到查询包后，系统就会检查查询缓存中是否有该查询，因此利用查询缓存可以省去 SQL 解析和处理操作。MySQL 得到结果集后，将结果集以包的形式发送到客户端，在将包发送到客户端之前会将包保存到查询缓存中。是否将结果集插入到查询缓存取决于查询 SQL，能够插入到查询缓存的对象如下第 2 点所示。
MySQL的缓存对象如下：
1. 只缓存 SELECT 语句。SHOW 命令和存储程序不会被缓存。
2. 不能缓存预编译语句（prepared statement）和游标。查询缓存中保存的是查询语句和结果集，而预编译语句中存在替代符和额外的参数，游标从块中读取结果。
3. 查询语句不能包含动态内容。多次执行某 SQL，必须能够返回相同的结果集，因此查询中不能包含像 UUID(), RAND(), CONNECTION_ID() 这样的函数。
4. SQL 中包含定义函数和自定义变量不会被缓存。
5. 对系统表的查询不会被缓存。
6. 非自动提交（显示使用 BEGIN…END）事务中的 SQL 不会被缓存。
7. 使用 TEMPORARY 表的 SQL 不会被缓存。
8. 不使用任何表的 SQL 不会被缓存。
9. 在下面的 SELECT 操作也不会被缓存：
```
SELECT …IN SHARE MODE
SELECT …FOR UPDATE
SELECT …INTO OUTFILE …
SELECT …INTO DUMPFILE …
SELECT * FROM …WHERE autoincrement_col IS NULL
```
表内容更改时缓存失效

修改表的所有操作（DELETE/INSERT/UPDATE 等等），都会导致缓存中该表的所有内容（SQL 和结果集）被一次清空。很有可能这些操作并没有改变 SQL 的结果集，但 MySQL 无法验证哪些 SQL 会影响缓存而哪些 SQL 不会影响。也是由于这点，MySQL 的缓存利用率不是很高。对于写操作频繁的应用，查询缓存的命中率会相当的低。如果缓存中存在某表的大量 SQL，多少也会降低该表的更新速度。
缓存碎片

随着缓存量的增多，查询缓存会产生碎片，这将降低缓存性能。状态变量 Qcache_free_blocks 描述了缓存中的空闲块，该值越大表示碎片越多。可以用 FLUSH QUERY CACHE 命令来整理碎片，而对于大缓存，该操作会长时间阻塞查询缓存。

查询缓存的优缺点

不需要对 SQL 语句做任何解析和执行，当然语法解析必须通过先，直接从 query cache 中获取查询结果；
查询缓存的判断规则不够智能，也提高了查询缓存的使用门槛，降低其效率；
query cache 的启用，会增加检查和清理 query cache 中记录集的开销，而且存在 SQL 语句缓存的表，每一张都只有一个对应的全局锁。

查询缓存不适用场景

子查询或者外层查询；
存储过程、存储函数、触发器、event 中调用的 SQL，或者引用到这些结果的；
包含一些特殊函数时，例如：BENCHMARK()、CURDATE()、CURRENT_TIMESTAMP()、NOW()、RAND()、UUID() 等等；
读取 mysql、INFORMATION_SCHEMA、performance_schema 库数据的；
类似 SELECT…LOCK IN SHARE MODE、SELECT…FOR UPDATE、SELECT…INTO OUTFILE/DUMPFILE、SELECT…WHRE…IS NULL 等语句；
SELECT 执行计划用到临时表（TEMPORARY TABLE）；
未引用任何表的查询，例如 SELECT 1+1 这种；
产生了 warnings 的查询；
SELECT 语句里加了 SQL_NO_CACHE 关键字；

总结

MySQL 的查询缓存利用率很低，原因是每当有修改表内容操作时，缓存中所有与该表相关的内容全部要被清空。
查询缓存是一次申请 query_cache_size 大小的内存，而不是随查询的插入动态申请，这样提升了系统性能，因为申请、释放内存的操作很慢。
查询缓存的空闲块是有序的，因为较小的块会被经常使用，同样为了性能考虑。
为充分利用内存，某缓存块填充数据后，如果还有空闲空间，则将空闲空间回收。
缓存替换策略是，当缓存没有空闲块时，系统将最老（最近没有被使用）的查询块剔除。