数据库原理四-[通俗易懂]

重做日志redo log

redo log是重做日志,为InnoDB存储引擎独有。它记录了数据页上的改动。当事务中修改了数据,将会备份存储。
当发生数据库服务器宕机或者脏页未写入磁盘,可以通过redo log恢复。

redo log用于配合MySQL的WAL机制。MySQL进行更新操作时,为了能够快速响应，所以采用了异步写回磁盘的技术，写入内存后就返回。
但是这样,会存在crash后内存数据丢失的隐患,而redo log具备crash safe的能力。

WAL，Write-Ahead Logging,关键点就是日志先写内存,再写磁盘。
MySQL执行更新操作后,在真正把数据写入到磁盘前,先记录日志。
好处是不用每一次操作都实时把数据写盘,就算crash后也可以通过redo log恢复,所以能够实现快速响应SQL语句。

Crash Safe，指MySQL服务器宕机重启后，能够保证：
1.所有已经提交的事务的数据仍然存在。
2.所有没有提交的事务的数据自动回滚。

redo log的写入方式

redo log包括两部分内容，分别是内存中的日志缓冲(redo log buffer)和磁盘上的日志文件(redo log file)。

mysql每执行一条DML语句，会先把记录写入redo log buffer，后续某个时间点再一次性将多个操作记录写到redo log file。这种先写日志，再写磁盘的技术，就是WAL。

在计算机操作系统中，用户空间(user space)下的缓冲区数据，一般是无法直接写入磁盘的，必须经过操作系统内核空间缓冲区(即OS Buffer)。

• 日志最开始会写入位于存储引擎Innodb的redo log buffer，这个是在用户空间完成的。
• 然后再将日志保存到操作系统内核空间的缓冲区(OS buffer)中。
• 最后，通过系统调用fsync()，从OS buffer写入到磁盘上的redo log file中，完成写入操作。这个写入磁盘的操作，就叫做刷盘。
  

我们可以发现，redo log buffer写入到redo log file，是经过OS buffer中转的。其实可以通过参数innodb_flush_log_at_trx_commit进行配置，参数值含义如下：

• 0：称为延迟写，事务提交时不会将redo log buffer中日志写入到OS buffer，而是每秒写入OS buffer并调用写入到redo log file中。
• 1：称为实时写，实时刷”，事务每次提交都会将redo log buffer中的日志写入OS buffer并保存到redo log file中。（默认）
• 2：称为实时写，延迟刷。每次事务提交写入到OS buffer，然后是每秒将日志写入到redo log file。（跳过了redo log buffer）

安全性从0->2->1递增

redo log的执行流程

我们来看下Redo log的执行流程，假设执行的SQL如下：

update T set a =1 where id =666

关于MySQL Server层及存储引擎层的概念,见数据库原理一—MySQL基本架构与索引

Redo log的执行流程如下:

1. MySQL客户端将请求语句update T set a =1 where id =666，发往MySQL Server层。

2. MySQL Server 层接收到SQL请求后，对其进行分析、优化、执行等处理工作，将生成的SQL执行计划发到InnoDb存储引擎层执行。

3. InnoDb存储引擎层将a修改为1的这个操作记录到内存中。

4. 记录到内存以后会修改redo log 的记录，会在添加一行记录，其内容是需要在哪个数据页上做什么修改。

5. 此后，将事务的状态设置为prepare ，说明已经准备好提交事务了。

6. 等到MySQL Server层处理完事务以后，会将事务的状态设置为commit，也就是提交该事务。

7. 在收到事务提交的请求以后，redo log会把刚才写入内存中的操作记录写入到磁盘中，从而完成整个日志的记录过程。

Q&A

Q: redo log 为什么可以保证crash safe机制呢？

• 因为redo log每次更新操作完成后，就一定会写入的，如果写入失败，说明此次操作失败，事务也不可能提交。（注意上文redo log执行流程,在事务提交之前,就已经完成了redo log的更新）
• redo log内部结构是基于页的，记录了这个页的字段值变化，只要crash后读取redo log进行重放，就可以恢复数据。

归档日志bin log

• bin log是归档日志，属于MySQL Server层的日志。可以实现主从复制和数据恢复两个作用。

• 当需要恢复数据时，可以取出某个时间范围内的bin log进行重放恢复。

• 但是bin log不可以做crash safe，因为crash之前，bin log可能没有写入完全MySQL就挂了。所以需要配合redo log才可以进行crash safe。

bin log & redo log

（原文中这里redo log是逻辑日志,bin log是物理日志，这里更正一下：redo log 是物理日志，记录的是“在某个数据页上做了什么修改”；binlog 是逻辑日志，记录的是这个语句的原始逻辑）

如果数据库误操作, 如何执行数据恢复?
数据库在某个时候误操作，就可以找到距离误操作最近的时间节点的bin log，重放到临时数据库里，然后选择误删的数据节点，恢复到线上数据库。

MySQL二阶段提交

MySQL二阶段提交不同于从本地事务到分布式事务，浅谈事务的分布式一致性算法提到的二阶段提交，那篇博文中的二阶段提交指的是分布式事务的二阶段提交,是多节点下的数据同步，而此处的二阶段提交是指单节点下事务提交的两阶段。

• redo log在写入后，进入prepare状态

• 执行器写入bin log

• 进入commit状态，事务可以提交。

为什么需要两阶段提交呢?

• 如果不用两阶段提交的话，可能会出现这样情况：bin log写入之前，机器crash导致需要重启。重启后redo log继续重放crash之前的操作，而当bin log后续需要作为备份恢复时，会出现数据不一致的情况。

• 如果是bin log commit之前crash，那么重启后，发现redo log是prepare状态且bin log完整（bin log写入成功后，redo log会有bin log的标记），就会自动commit，让存储引擎提交事务。

• 两阶段提交就是为了保证redo log和binlog数据的安全一致性。只有在这两个日志文件逻辑上高度一致了。你才能放心的使用redo log帮你将数据库中的状态恢复成crash之前的状态，使用binlog实现数据备份、恢复、以及主从复制。

如果不是两阶段提交, 先写redo log和先写bin log两种情况各会遇到什么问题?

• 先写redo log，crash后bin log备份恢复时少了一次更新，与当前数据不一致。

• 先写bin log，crash后，由于redo log没写入，事务无效，所以后续bin log备份恢复时，数据不一致。

bin log刷盘机制

所有未提交的事务产生的binlog，都会被先记录到binlog的缓存中。等该事务提交时，再将缓存中的数据写入binlog日志文件中。缓存的大小由参数binlog_chache_size控制。
binlog什么时候刷新到磁盘呢？由参数sync_binlog控制

• 当sync_binlog为0时，表示MySQL不控制binlog的刷新，而是由系统自行判断何时写入磁盘。选这种策略，一旦操作系统宕机，缓存中的binlog就会丢失。

• sync_binlog为N时，每N个事务，才会将binlog写入磁盘。。

• 当sync_binlog为1时，则表示每次commit，都将binlog 写入磁盘。

bin log日志三种格式

binlog日志有三种格式

• Statement：基于SQL语句的复制((statement-based replication,SBR))

• Row:基于行的复制。(row-based replication,RBR)

• Mixed:混合模式复制。(mixed-based replication,MBR)

Statement格式
每一条会修改数据的sql都会记录在binlog中

• 优点：不需要记录每一行的变化，减少了binlog日志量，节约了IO，提高性能。

• 缺点：由于记录的只是执行语句，为了这些语句能在备库上正确运行，还必须记录每条语句在执行的时候的一些相关信息，以保证所有语句能在备库得到和在主库端执行时候相同的结果。

Row格式
不记录sql语句上下文相关信息，仅保存哪条记录被修改。

• 优点：binlog中可以不记录执行的sql语句的上下文相关的信息，仅需要记录那一条记录被修改成什么了。所以rowlevel的日志内容会非常清楚的记录下每一行数据修改的细节。不会出现某些特定情况下的存储过程、或function、或trigger的调用和触发无法被正确复制的问题。

• 缺点:可能会产生大量的日志内容。

Mixed格式
实际上就是Statement与Row的结合。一般的语句修改使用statment格式保存binlog，如一些函数，statement无法完成主从复制的操作，则采用row格式保存binlog,MySQL会根据执行的每一条具体的sql语句来区分对待记录的日志形式

MySQL主从复制

什么是MySQL的主从复制
MySQL 主从复制是指数据可以从一个MySQL数据库服务器主节点复制到一个或多个从节点。MySQL 默认采用异步复制方式，这样从节点不用一直访问主服务器来更新自己的数据，数据的更新可以在远程连接上进行，从节点可以复制主数据库中的所有数据库或者特定的数据库，或者特定的表。

原理:

1. master服务器将数据的改变记录二进制binlog日志，当master上的数据发生改变时，则将其改变写入二进制日志中
2. slave服务器会在一定时间间隔内对master二进制日志进行探测其是否发生改变，如果发生改变，则开始一个I/OThread请求master二进制事件
3. 同时主节点为每个I/O线程启动一个dump线程，用于向其发送二进制事件，并保存至从节点本地的中继日志中，从节点将启动SQL线程从中继日志中读取二进制日志，在本地重放，使得其数据和主节点的保持一致，最后I/OThread和SQLThread将进入睡眠状态，等待下一次被唤醒。

也就是说：

• 从库会生成两个线程,一个I/O线程,一个SQL线程;

• I/O线程会去请求主库的binlog,并将得到的binlog写到本地的relay-log(中继日志)文件中;

• 主库会生成一个log dump线程,用来给从库I/O线程传binlog;

• SQL线程,会读取relay log文件中的日志,并解析成sql语句逐一执行;

回滚日志undo log

• undo log 叫做回滚日志，用于记录数据被修改前的信息。

• 它跟redo log重做日志所记录的相反，重做日志记录数据被修改后的信息。undo log主要记录的是数据的逻辑变化，为了在发生错误时回滚之前的操作，需要将之前的操作都记录下来，这样发生错误时才可以回滚。

• undo log和redo log记录物理日志不一样，它是逻辑日志。可以认为当delete一条记录时，undo log中会记录一条对应的insert记录，反之亦然，当update一条记录时，它记录一条对应相反的update记录。

• 当执行rollback时，就可以从undo log中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。有时候应用到行版本控制的时候，也是通过undo log来实现的：当读取的某一行被其他事务锁定时，它可以从undo log中分析出该行记录以前的数据是什么，从而提供该行版本信息，让用户实现非锁定一致性读取。(MVCC)

MySQL事务提交过程

参考链接

MySQL日志15连问—捡田螺的小男孩
mysql主从复制原理-binlog—低调人生