在事务的实现机制上,MySQL 采用的是 WAL(Write-ahead logging,预写式日志)机制来实现的。
在使用 WAL 的系统中,所有的修改都先被写入到日志中,然后再被应用到系统中。通常包含 redo 和 undo 两部分信息。
为什么需要使用 WAL,然后包含 redo 和 undo 信息呢?举个例子,如果一个系统直接将变更应用到系统状态中,那么在机器掉电重启之后系统需要知道操作是成功了,还是只有部分成功或者是失败了(为了恢复状态)。如果使用了WAL,那么在重启之后系统可以通过比较日志和系统状态来决定是继续完成操作还是撤销操作。
redo log 称为重做日志,每当有操作时,在数据变更之前将操作写入 redo log,这样当发生掉电之类的情况时系统可以在重启后继续操作。
undo log 称为撤销日志,当一些变更执行到一半无法完成时,可以根据撤销日志恢复到变更之间的状态。
MySQL 中用 redo log 来在系统 Crash 重启之类的情况时修复数据(事务的持久性),而 undo log 来保证事务的原子性。
7.1. redo 日志
7.1.1. redo 日志的作用
InnoDB 存储引擎是以页为单位来管理存储空间的,我们进行的增删改查操作其实本质上都是在访问页面(包括读页面、写页面、创建新页面等操作)。在Buffer Pool 的时候说过,在真正访问页面之前,需要把在磁盘上的页缓存到内存中的 Buffer Pool 之后才可以访问。但是在事务的时候又强调过一个称之为持久性的特性,就是说对于一个已经提交的事务,在事务提交后即使系统发生了崩溃,这个事务对数据库中所做的更改也不能丢失。
如果我们只在内存的 Buffer Pool 中修改了页面,假设在事务提交后突然发生了某个故障,导致内存中的数据都失效了,那么这个已经提交了的事务对数据库中所做的更改也就跟着丢失了,这是我们所不能忍受的。那么如何保证这个持久性呢?一个很简单的做法就是在事务提交完成之前把该事务所修改的所有页面都刷新到磁盘,但是这个简单粗暴的做法有些问题:
刷新一个完整的数据页太浪费了
有时候我们仅仅修改了某个页面中的一个字节,但是我们知道在 InnoDB 中是以页为单位来进行磁盘 IO 的,也就是说我们在该事务提交时不得不将一个完整的页面从内存中刷新到磁盘,我们又知道一个页面默认是 16KB 大小,只修改一个字节就要刷新 16KB 的数据到磁盘上显然是太浪费了。
随机 IO 刷起来比较慢
一个事务可能包含很多语句,即使是一条语句也可能修改许多页面,该事务修改的这些页面可能并不相邻,这就意味着在将某个事务修改的 Buffer Pool 中的页面刷新到磁盘时,需要进行很多的随机 IO,随机 IO 比顺序 IO 要慢,尤其对于传统的机械硬盘来说。
怎么办呢?我们只是想让已经提交了的事务对数据库中数据所做的修改永
久生效,即使后来系统崩溃,在重启后也能把这种修改恢复出来。所以我们其实没有必要在每次事务提交时就把该事务在内存中修改过的全部页面刷新到磁盘,只需要把修改了哪些东西记录一下就好,比方说某个事务将系统表空间中的第100 号页面中偏移量为 1000 处的那个字节的值 1 改成 2 我们只需要记录一下:
将第 0 号表空间的 100 号页面的偏移量为 1000 处的值更新为 2。
这样我们在事务提交时,把上述内容刷新到磁盘中,即使之后系统崩溃了,重启之后只要按照上述内容所记录的步骤重新更新一下数据页,那么该事务对数据库中所做的修改又可以被恢复出来,也就意味着满足持久性的要求。因为在系统崩溃重启时需要按照上述内容所记录的步骤重新更新数据页,所以上述内容也被称之为重做日志,英文名为 redo log,也可以称之为 redo 日志。与在事务提交时将所有修改过的内存中的页面刷新到磁盘中相比,只将该事务执行过程中产生的 redo 日志刷新到磁盘的好处如下: