MySQL日志之redo?log和undo?log的知識點(diǎn)有哪些

本篇內(nèi)容介紹了“MySQL日志之redo log和undo log的知識點(diǎn)有哪些”的有關(guān)知識，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

Redo Log

REDO LOG稱為重做日志 ，當(dāng)MySQL服務(wù)器意外崩潰或者宕機(jī)后，保證已經(jīng)提交的事務(wù)持久化到磁盤中（持久性）。

InnoDB是以頁為單位去操作記錄的，增刪改查都會加載整個(gè)頁到buffer pool中（磁盤->內(nèi)存），事務(wù)中的修改操作并不是直接修改磁盤中的數(shù)據(jù)，而是先修改內(nèi)存中buffer pool中的數(shù)據(jù)，后臺線程每隔一段時(shí)間再異步刷新到磁盤中。

buffer pool：可存放索引、數(shù)據(jù)，可加速讀寫，直接在內(nèi)存中操作數(shù)據(jù)頁，有專門的線程去把buffer pool中的臟頁寫入磁盤。

為什么不直接修改磁盤中的數(shù)據(jù)？

因?yàn)橹苯有薷拇疟P數(shù)據(jù)的話，它是隨機(jī)IO，修改的數(shù)據(jù)分布在磁盤中不同的位置，需要來回的查找，所以命中率低，消耗大，而且一個(gè)小小的修改就不得不將整個(gè)頁刷新到磁盤，利用率低；

與之相對的是順序IO，磁盤的數(shù)據(jù)分布在磁盤的一塊，所以省去了查找的過程，節(jié)省尋道時(shí)間。

使用后臺線程以一定的頻率去刷新磁盤可以降低隨機(jī)IO的頻率，增加吞吐量，這是使用buffer pool的根本原因。

修改內(nèi)存再異步同步到磁盤的問題：

因?yàn)閎uffer pool是在內(nèi)存中的區(qū)域，系統(tǒng)意外崩潰的話數(shù)據(jù)有可能會丟失，有些臟數(shù)據(jù)可能會來不及刷新到磁盤，事務(wù)的持久性得不到保證。因此，引入了redo log。修改數(shù)據(jù)時(shí)，額外記錄一次日志，內(nèi)容是xx頁xx偏移量發(fā)生了xx變化，當(dāng)系統(tǒng)崩潰時(shí)可以根據(jù)日志內(nèi)容進(jìn)行恢復(fù)。

寫日志和直接刷新磁盤的區(qū)別是：寫日志是追加寫入，順序IO，速度更快，且寫入的內(nèi)容相對更小

redo log由兩部分組成：

1. redo log buffer（內(nèi)存層面，默認(rèn)16M，通過innodb_log_buffer_size參數(shù)可修改）

2. redo log file（持久化的，磁盤層面）

修改操作大致過程：

第1步：先將原始數(shù)據(jù)從磁盤中讀入內(nèi)存中來，修改數(shù)據(jù)的內(nèi)存拷貝，產(chǎn)生臟數(shù)據(jù)

第2步：生成一條重做日志并寫入redo log buffer，記錄的是數(shù)據(jù)被修改后的值

第3步：默認(rèn)在事務(wù)提交后將redo log buffer中的內(nèi)容刷新到redo log file，對redo log file采用追加寫的方式

第4步：定期將內(nèi)存中修改的數(shù)據(jù)刷新到磁盤中（這里說的是那些還沒及時(shí)被后臺線程刷盤的臟數(shù)據(jù)）

通常所說的Write-Ahead Log(預(yù)先日志持久化)指的是在持久化一個(gè)數(shù)據(jù)頁之前，先將內(nèi)存中相應(yīng)的日志頁持久化。

redo log的好處：

• 減少了磁盤刷新頻率

• redo log占用空間小

• redo log寫入速度快

redo log一定能保證事務(wù)的持久性嗎？

不一定，這要根據(jù)redo log的刷盤策略決定，因?yàn)閞edo log buffer同樣是在內(nèi)存中，如果提交事務(wù)之后，redo log buffer還沒來得及將數(shù)據(jù)刷新到redo log file進(jìn)行持久化，此時(shí)發(fā)生宕機(jī)照樣會丟失數(shù)據(jù)。如何解決？刷盤策略。

redo log刷盤策略

InnoDB中給出了innodb_flush_log_at_trx_commit參數(shù)控制redo log buffer刷新到redo log file時(shí)的三種策略：

• 值為0：開啟一個(gè)后臺線程，每1s刷新一次到磁盤中，提交事務(wù)時(shí)就不需要進(jìn)行刷新了

• 值為1：commit時(shí)再進(jìn)行同步刷新（默認(rèn)值），真正保證數(shù)據(jù)的持久性

• 值為2：commit的時(shí)候，只是刷新進(jìn)os的內(nèi)核緩沖區(qū)，具體的刷盤時(shí)機(jī)不確定

值為0的情況：

因?yàn)橛?s的間隔，所以最壞情況下會丟失1秒的數(shù)據(jù)。

值為1的情況：

commit時(shí)需要先主動刷新redo log buffer到redo log file，如果中途宕機(jī)了，事務(wù)也就失敗了，不會有任何損失，真正能保證事務(wù)的持久性。但是效率最差。

值為2的情況：是根據(jù)os決定。

可以調(diào)整為0或2提高事務(wù)的性能，但是喪失了ACID特性

其他參數(shù)

• innodb_log_group_home_dir：指定 redo log文件組所在的路徑，默認(rèn)值為 ./ ，表示在數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)目錄下。MySQL的默認(rèn)數(shù)據(jù)目錄下默認(rèn)有兩個(gè)名為ib_logfile0和ib_logfile1的文件，log buffer中的日志默認(rèn)情況下就是刷新到這兩個(gè)磁盤文件中。

• innodb_log_files_in_group：指明redo log file的個(gè)數(shù)，命名方式如：ib_logfile0，iblogfile1... iblogfilen。默認(rèn)2個(gè)，最大100個(gè)。

• innodb_log_file_size：單個(gè) redo log 文件設(shè)置大小，默認(rèn)值為 48M 。

Undo Log

undo log用于保證事務(wù)的原子性和一致性。作用有兩個(gè)：①提供回滾操作 ②多版本控制MVVC

回滾操作

前面redo log中說過，后臺線程會不定時(shí)的去刷新buffer pool中的數(shù)據(jù)到磁盤，但是如果該事務(wù)執(zhí)行期間出現(xiàn)各種錯(cuò)誤(宕機(jī))或者執(zhí)行rollback語句，那么前面刷進(jìn)去的操作都是需要回滾的，保證原子性，undo log就是提供事務(wù)回滾的。

MVVC

當(dāng)讀取的某一行被其他事務(wù)鎖定時(shí)，它可以從undo log中分析出該行記錄以前的數(shù)據(jù)版本是怎樣的，從而讓用戶能夠讀取到當(dāng)前事務(wù)操作之前的數(shù)據(jù)——快照讀。

快照讀：SQL讀取的數(shù)據(jù)是歷史版本，不用加鎖，普通的SELECT就是快照讀。

undo log的組成部分：

• 當(dāng)insert記錄的時(shí)候，必須將該記錄的主鍵值記錄下來，這樣才可以回滾時(shí)刪除該數(shù)據(jù)。

• 當(dāng)update記錄的時(shí)候，必須將修改的舊值全部記錄下來，回滾時(shí)更新為舊值即可。

• 當(dāng)delete的時(shí)候，必須將所有的記錄都記錄下來，回滾時(shí)再重新插入該內(nèi)容的記錄。

select操作不會產(chǎn)生undo log

回滾段與undo頁

在InnoDB存儲引擎中，undo log使用rollback segment回滾段進(jìn)行存儲，每隔回滾段包含了1024個(gè)undo log segment。 MySQL5.5之后，一共有128個(gè)回滾段。即總共可以記錄128 * 1024個(gè)undo操作。

每個(gè)事務(wù)只會使用一個(gè)回滾段，一個(gè)回滾段在同一時(shí)刻可能會服務(wù)于多個(gè)事務(wù)。

事務(wù)提交后不能立即刪除該undo log，可能有些事務(wù)會想要讀取之前的數(shù)據(jù)版本（快照讀）。所以事務(wù)提交時(shí)將undo log放入一個(gè)鏈表中，稱為版本鏈，undo log的刪除與否由一個(gè)稱為purge的線程判斷。

Undo類型

undo log分為：

insert undo log

因?yàn)閕nsert操作的記錄，只對事務(wù)本身可見，對其他事務(wù)不可見(這是事務(wù)隔離性的要求)，故該undo log可以在事務(wù)提交后直接刪除。不需要進(jìn)行purge操作。

update undo log

update undo log記錄的是對delete和update操作產(chǎn)生的undo log。該undo log可能需要提供MVCC機(jī)制，因此不能在事務(wù)提交時(shí)就進(jìn)行刪除。提交時(shí)放入undo log鏈表，等待purge線程進(jìn)行最后的刪除。

undo log的生命周期

假設(shè)有2個(gè)數(shù)值，分別為A=1和B=2，然后某個(gè)事務(wù)將A修改為3，B修改為4，修改過程可簡化為：

1.begin
2.記錄A=1到undo log
3.update A=3
4.記錄A=3到redo log
5.記錄B=2到undo log
6.update B=4
7.記錄B=4到redo log
8.將redo log刷新到磁盤
9.commit

• 在1-8步驟的任意一步系統(tǒng)宕機(jī)，事務(wù)未提交，該事務(wù)就不會對磁盤上的數(shù)據(jù)做任何影響。

• 如果在8-9之間宕機(jī)，恢復(fù)之后可以選擇回滾，也可以選擇繼續(xù)完成事務(wù)提交，因?yàn)榇藭r(shí)redo log已經(jīng)持久化。

• 若在9之后系統(tǒng)宕機(jī)，內(nèi)存映射中變更的數(shù)據(jù)還來不及刷回磁盤，那么系統(tǒng)恢復(fù)之后，可以根據(jù)redo log把數(shù)據(jù)刷回磁盤。

詳細(xì)生成過程

對于InnoDB引擎來說，每個(gè)行記錄除了記錄本身的數(shù)據(jù)之外，還有幾個(gè)隱藏的列:

• DB_ROW_ID∶記錄的主鍵id。

• DB_TRX_ID：事務(wù)ID，當(dāng)對某條記錄發(fā)生修改時(shí)，就會將這個(gè)事務(wù)的Id記錄其中。

• DB_ROLL_PTR︰回滾指針，版本鏈中的指針。

當(dāng)我們執(zhí)行INSERT時(shí)：

begin;
INSERT INTO user (name) VALUES ('tom');

插入的數(shù)據(jù)都會生成一條insert undo log，并且數(shù)據(jù)的回滾指針會指向它。undo log會記錄undo log的序號、插入主鍵的列和值...，那么在進(jìn)行rollback的時(shí)候，通過主鍵直接把對應(yīng)的數(shù)據(jù)刪除即可。

當(dāng)我們執(zhí)行UPDATE時(shí)：

對于更新的操作會產(chǎn)生update undo log，并且會分更新主鍵的和不更新主鍵的，假設(shè)現(xiàn)在執(zhí)行:

UPDATE user SET name='Sun' WHERE id=1;

這時(shí)會把新的undo log記錄加入到版本鏈中，它的undo no是1，并且新的undo log的回滾指針會指向老的undo log (undo no=0)。

假設(shè)現(xiàn)在執(zhí)行：

UPDATE user SET id=2 WHERE id=1;

對于更新主鍵的操作，會先把原來的數(shù)據(jù)deletemark標(biāo)識打開，這時(shí)并沒有真正的刪除數(shù)據(jù)，真正的刪除會交給清理線程去判斷，然后在后面插入一條新的數(shù)據(jù)，新的數(shù)據(jù)也會產(chǎn)生undo log，并且undo log的序號會遞增。

可以發(fā)現(xiàn)每次對數(shù)據(jù)的變更都會產(chǎn)生一個(gè)undo log，當(dāng)一條記錄被變更多次時(shí)，那么就會產(chǎn)生多條undo log，undo log記錄的是變更前的日志，并且每個(gè)undo log的序號是遞增的，那么當(dāng)要回滾的時(shí)候，按照序號依次向前推，就可以找到我們的原始數(shù)據(jù)了。

undo log是如何回滾的

以上面的例子來說，假設(shè)執(zhí)行rollback，那么對應(yīng)的流程應(yīng)該是這樣：

1. 通過undo no=3的日志把id=2的數(shù)據(jù)刪除

2. 通過undo no=2的日志把id=1的數(shù)據(jù)的deletemark還原成0

3. 通過undo no=1的日志把id=1的數(shù)據(jù)的name還原成Tom

4. 通過undo no=0的日志把id=1的數(shù)據(jù)刪除

MySQL MVVC多版本并發(fā)控制

擴(kuò)展

bin log

binlog即binary log，二進(jìn)制日志文件，也叫作變更日志（update log）。它記錄了數(shù)據(jù)庫所有執(zhí)行的更新語句。

binlog主要應(yīng)用場景：

• 數(shù)據(jù)恢復(fù)：如果MySQL意外停止，可以通過該日志進(jìn)行恢復(fù)、備份

• 數(shù)據(jù)復(fù)制：master把它的二進(jìn)制日志傳遞給slaves來達(dá)到master-slave數(shù)據(jù)的一致性

show variables like '%log_bin%';

查看bin log日志:

mysqlbinlog -v "/var/lib/mysql/binlog/xxx.000002"

使用日志恢復(fù)數(shù)據(jù):

mysqlbinlog [option] filename|mysql –uuser -ppass;

刪除二進(jìn)制日志:

PURGE {MASTER | BINARY} LOGS TO ‘指定日志文件名'
PURGE {MASTER | BINARY} LOGS BEFORE ‘指定日期'

寫入時(shí)機(jī)

事務(wù)執(zhí)行過程中，先把日志寫到bin log cache ，事務(wù)提交的時(shí)候，再把binlog cache寫到binlog文件中。因?yàn)橐粋€(gè)事務(wù)的binlog不能被拆開，無論這個(gè)事務(wù)多大，也要確保一次性寫入，所以系統(tǒng)會給每個(gè)線程分配一個(gè)塊內(nèi)存作為binlog cache。

binlog與redo log對比

• redo log是物理日志，記錄內(nèi)容是“在xx數(shù)據(jù)頁做了xx修改”，屬于InnoDB存儲引擎層產(chǎn)生的。

• 而binlog是邏輯日志，記錄內(nèi)容是語句的原始邏輯，類似于給ID=2這一行的c字段加1，屬于服務(wù)層。

兩個(gè)側(cè)重點(diǎn)也不同， redo log讓InnoDB有了崩潰恢復(fù)的能力，binlog保證了MySQL集群架構(gòu)的數(shù)據(jù)一致性。

兩階段提交

在執(zhí)行更新語句過程，會記錄redo log與binlog兩塊日志，以基本的事務(wù)為單位，redo log在事務(wù)執(zhí)行過程中可以不斷寫入，而binlog只有在提交事務(wù)時(shí)才寫入，所以redo log與binlog的寫入時(shí)機(jī)不一樣。

redo log與binlog兩份日志之間的邏輯不一致，會出現(xiàn)什么問題？

以update語句為例，假設(shè)id=2的記錄，字段c值是0，把字段c值更新成1，SQL語句為update T set c=1 where id=2。

假設(shè)執(zhí)行過程中寫完redo log日志后，binlog日志寫期間發(fā)生了異常，會出現(xiàn)什么情況呢?

由于binlog沒寫完就異常，這時(shí)候binlog里面沒有對應(yīng)的修改記錄。因此，之后用binlog日志恢復(fù)數(shù)據(jù)或者slave讀取master的binlog時(shí)，就會少這一次更新，恢復(fù)出來的這一行c值是0，而原庫因?yàn)閞edo log日志恢復(fù)，這一行c值是1，最終數(shù)據(jù)不一致。

為了解決兩份日志之間的邏輯一致問題，InnoDB存儲引擎使用兩階段提交方案。將redo log拆成了兩個(gè)步驟prepare和commit，這就是兩階段提交。

讓redo log和bin log最終的提交綁定到一起，前面說過的，事務(wù)commit時(shí)默認(rèn)需要讓redo log先同步完才算commit成功，所以如果綁定到一起的話，bin log也具有該特性了，就保證了數(shù)據(jù)不會丟失。

使用兩階段提交后，寫入binlog時(shí)發(fā)生異常也不會有影響，因?yàn)镸ySQL根據(jù)redo log日志恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)redo log還處于prepare階段，并且沒有對應(yīng)binlog日志，就會提交失敗，回滾數(shù)據(jù)。

另一個(gè)場景，redo log的commit階段發(fā)生異常，那會不會回滾事務(wù)呢？

并不會回滾事務(wù)，它會執(zhí)行上圖框住的邏輯，雖然redo log是處于prepare階段，但是能通過事務(wù)id找到對應(yīng)的binlog日志，所以MySQL認(rèn)為是完整的，就會提交事務(wù)恢復(fù)數(shù)據(jù)。

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