Oracle关于高速缓存区应用原理

        为什么oracle能够对于大量数据进行访问时候能彰显出更加出色表现，就是通过所谓的高速缓存来实现数据的高速运算与操作。在之前的博文中我已经说过sql的执行原理，当我们访问数据库的数据时候，首先不是从数据文件中去查询这个数据，而是从数据高速缓存中去查找，而没有这个必要再去查询磁盘中的数据文件了。只有在数据缓存中没有这个数据的时候，数据库才会从数据文件中去查询(这样做的目的就是提高读取的速度，因为读取内存的速度远比读取磁盘的速度快好多倍)。有了这种机制就能提高数据库的整体效率。

      这种机制固然提高了数据库的访问效率，但是我们不禁会问数据库是如何实现数据文件和高速缓存的一致性的那？在弄清这个问题之前我们先来看一下oracle的体系结构。

在oracle中，oracle的体系结构是有内存结构和进程结构共同组成：

由此可见我们所要研究的数据高速缓存是SGA一部分，那么我们就来说一下SGA的数据结构：  

第一部分：数据缓存区

数据缓存区就是我们将数据库文件的数据存放的缓存，它用来保存从数据文件中读取最近的数据块信息，其中的数据被所有用户享用，数据缓存区有许多大小相同的缓存块组成，这些缓存块大致可以分为3类：

一、 空闲缓存块

        当我们重新启动数据库后，系统就会为数据库分配一些空闲的缓存块。空闲缓存块中是没有任何数据的，他们在等待后台进程或服务器进程向其中写入数据。当Oracle 数据库从数据文件中读取数据后，数据库就会寻找是否有空闲的缓存块，以便将数据写入其中。

        一般来说，数据库在启动的时候，就会在内存中预先分配这些缓存块。所以，Oracle数据库在启动的时候，会占用比较多的内存(这个内存空间是可以设置的)。但是，这可以免去在实际需要时向内存申请的时间。所以，有时候Oracle数据库虽然已启动，内存的占用率就很高，但是，其后续仍然可以正常运行的原因。而其他数据库虽然刚启动的时候内存占用率不是很高，但是，但系统内存到达80%以上时，在进行数据处理就会受到明显的影响。

所以，当我们利用SELECT语句从数据库文件中读取文件的时候，数据库首先会寻找是否有空闲的缓存。
二、命中缓存块

        命中缓存块保存那些正在使用的数据。当select语句先从数据库文件中读取数据后，会把取得的数据放入到这个命中缓存块中。直到高速缓存消耗完毕等原因，这个空间才会被释放。如此下次如果再次访问相同的数据的时候就可以从这里进行查找，节省时间（因为只是被select，因此这里的数据是不会换出内存）。
三、脏缓存块

        脏缓存块保存已经被修改但是还没有被写入数据库文件的数据。当访问完数据之后，由空闲缓存块标志转化为命中缓存块标志。当我们执行update这类带侵略性的操作的时候，我们要先去命中缓存区去寻找数据，如果存在就可以直接操作，并且此时命中缓存区标志被转为脏缓存块标志。这样就能够实现数据的一致性。当满足一定的条件时，这些脏缓存块中的数据内容会被写入到数据库文件中去，以便永久性的保留数据库修改记录。当写入数据库之后脏缓存块标志就会转化为空闲缓存块。

那Oracle数据库关于实现三大缓存块标志转化的原理：

       实现以上机制主要靠两个列表：1.最近最少使用列表(LRU列表); 2.写入列表(DIRTY表).其中LRU列表保存着所有空闲缓存块、命中缓存块和全部还没有被移入到DIRTY列表中的脏缓存块。

当Oracle数据库用户在查询数据的时候，可能会遇到如下情况：

   1、查询数据时，数据库首先在LRU列表中查询是否有空闲缓存块。其查询的数据是从尾部开始查找。当查找有空闲的缓存块时，数据库就会把查到的数据写入到这个空闲缓存中。
    2、若数据库在查询的时候，首先查到的是脏缓存的话，则会把这个脏缓存移动到DIRTY列表中，然后再继续查询，直到查询到合适的空闲缓存块为止(查询的时候数据发生变动)。
    3、若数据库在LRU列表中，从尾到头查了一遍(忽略oracle的查找算法)，没有找到空闲缓存块，或者虽然有空闲缓存块，但是其容量不符合要求时，数据库就会暂时结束这一次查找。然后，系统就会触发数据库写进程，把DIRTY列表中的脏缓存块写入到数据库中去。已经被写入到数据库文件中去的脏缓存块将又被数据库标记为空闲缓存块，并插入到LRU列表中。当数据库执行完毕这个动作之后，数据库又会对LRU列表进行搜索，找到合适的数据高速空闲缓存之后，就会把读取的数据写入到这个空闲缓存中。

第二部分：重做日志高速缓存

用于记录数据库发生改变的信息，这些变化可能是DML或者DDL，关于DML和DDL我已经描述过。

第三部分：共享池

主要包括库缓存、数据字典缓存以及用于存储并行操作信息和控制结构的缓存

库缓存：解析用户进程提交的SQL语句或者pl/sql程序和保存最近解析过的程序；

数据字典缓冲区：保存数据库对象的信息，包括用户账号信息、数据文件名、段名、表说明、权限等。

第四部分：JAVA池

主要为JAVA命令提供语法解析(用不到JAVA命令无需配置)。

第五部分：大池

数据库管理员配置的可选内存区域，用于分配大量的内存，处理比共享池更大的内存。需要处理的操作有：数据库备份与恢复；执行并行化的数据库操作；具有大量排序的sql等。