本文介绍: MySQL InnoDB 引擎使用redo log(重做日志) 保证事务持久性,使用undo log(回滚日志) 来保证事务的原子性。MySQL数据库数据备份主备、主主、主从都离不开binlog需要依靠binlog同步数据,保证数据一致性

MySQL 日志 主要包括错误日志查询日志、慢查询日志、事务日志二进制日志几大类。其中,比较重要的还要属二进制日志 binlog(归档日志)和事务日志 redo log(重做日志)和 undo log回滚日志)。

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今天就来聊聊 redo log(重做日志)、binlog(归档日志)、两阶段提交undo log回滚日志)。

redo log

redo log(重做日志)是InnoDB存储引擎独有的,它让MySQL拥有了崩溃恢复能力。比如 MySQL 实例挂了或宕机了,重启时,InnoDB存储引擎使用redo log恢复数据,保证数据持久性与完整性。

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MySQL数据是以页为单位,你查询一条记录,会从硬盘一页数据加载出来,加载出来的数据数据页,会放入到 Buffer Pool 中。

后续的查询都是先从 Buffer Pool中找,没有命中再去硬盘加载,减少硬盘 IO 开销,提升性能更新数据的时候,也是如此,发现 Buffer Pool 里存在要更新的数据,就直接在 Buffer Pool更新然后会把“在某个数据页上做了什么修改记录到重做日志缓存redo log buffer)里,接着刷盘到 redo log 文件里。

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理想情况,事务一提交就会进行刷盘操作,但实际上,刷盘的时机是根据策略来进行的。

每条 redo 记录由“表空间号+数据页号+偏移量+修改数据长度+具体修改的数据”组成

刷盘时机

InnoDB 刷新重做日志的时机有几种情况:
InnoDB 将 redo log 刷到磁盘上有几种情况:

  1. 事务提交:当事务提交时,log buffer 里的 redo log 会被刷新磁盘可以通过innodb_flush_log_at_trx_commit参数控制,后文会提到)。
  2. log buffer 空间不足时:log buffer缓存redo log 已经占满了 log buffer 总容量的大约一半左右,就需要把这些日志刷新磁盘上。
  3. 事务日志缓冲区满:InnoDB 使用一个事务日志缓冲区(transaction log buffer)来暂时存储事务的重做日志条目。当缓冲区满时,会触发日志的刷新,将日志写入磁盘
  4. Checkpoint检查点):InnoDB 定期会执行检查操作,将内存中的脏数据(已修改但尚未写入磁盘的数据)刷新到磁盘,并且会将相应的重做日志一同刷新,以确保数据的一致性
  5. 后台刷新线程:InnoDB 启动一个后台线程,负责周期性(每隔 1 秒)地将脏页(已修改但尚未写入磁盘的数据页)刷新到磁盘,并将相关的重做日志一同刷新
  6. 正常关闭服务器:MySQL 关闭的时候,redo log 都会刷入到磁盘里去。

总之,InnoDB 在多种情况下会刷新重做日志,以保证数据的持久性和一致性

我们要注意设置正确的刷盘策略innodb_flush_log_at_trx_commit 。根据 MySQL 配置的刷盘策略的不同,MySQL 宕机之后可能会存在轻微的数据丢失问题

innodb_flush_log_at_trx_commit 的值有 3 种,也就是共有 3 种刷盘策略

0:设置为 0 的时候,表示每次事务提交时不进行刷盘操作。这种方式性能最高,但是也最不安全,因为如果 MySQL 挂了或宕机了,可能会丢失最近 1 秒内的事务。

1:设置为 1 的时候,表示每次事务提交时都将进行刷盘操作。这种方式性能最低,但是也最安全,因为只要事务提交成功,redo log 记录就一定在磁盘里,不会有任何数据丢失

2:设置为 2 的时候,表示每次事务提交时都只把 log buffer 里的 redo log 内容写入 page cache文件系统缓存)。page cache 是专门用来缓存文件的,这里缓存文件就是 redo log 文件。这种方式的性能安全性都介于前两者中间。

刷盘策略innodb_flush_log_at_trx_commit 默认值为 1,设置为 1 的时候才不会丢失任何数据。为了保证事务的持久性,我们必须将其设置为 1。

另外,InnoDB 存储引擎有一个后台线程,每隔1 秒,就会把 redo log buffer 中的内容写到文件系统缓存page cache),然后调用 fsync 刷盘。

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也就是说,一个没有提交事务的 redo log 记录,也可能会刷盘。
为什么呢?因为在事务执行过程 redo log 记录是会写入redo log buffer 中,这些 redo log 记录会被后台线程刷盘。

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除了后台线程每秒1次的轮询操作,还有一种情况,当 redo log buffer 占用空间即将达到 innodb_log_buffer_size 一半的时候,后台线程会主动刷盘。

下面是不同刷盘策略的流程图

innodb_flush_log_at_trx_commit=0

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为0时,如果MySQL挂了或宕机可能会有1秒数据的丢失

innodb_flush_log_at_trx_commit=1

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为1时, 只要事务提交成功,redo log记录就一定在硬盘里,不会有任何数据丢失

如果事务执行期间MySQL挂了或宕机,这部分日志丢了,但是事务并没有提交,所以日志丢了也不会有损失

innodb_flush_log_at_trx_commit=2

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为2时, 只要事务提交成功,redo log buffer中的内容只写入文件系统缓存page cache)。

如果仅仅只是MySQL挂了不会有任何数据丢失,但是宕机可能会有1秒数据的丢失

日志文件

硬盘上存储的 redo log 日志文件不只一个,而是以一个日志文件的形式出现的,每个的redo日志文件大小都是一样的。
比如可以配置为一组4个文件,每个文件的大小1GB,整个 redo log 日志文件组可以记录4G的内容。它采用的是环形数组形式,从头开始写,写到末尾又回到头循环写,如下图所示

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在个日志文件组中还有两个重要的属性,分别是 write poscheckpoint

每次刷盘 redo log 记录到日志文件组中,write pos 位置就会后移更新。每次 MySQL 加载日志文件组恢复数据时,会清空加载过的 redo log 记录,并把 checkpoint 后移更新write poscheckpoint 之间的还空着的部分可以用来写入新的 redo log 记录。

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如果 write pos 追上 checkpoint ,表示日志文件组满了,这时候不能再写入新的 redo log 记录,MySQL 得停下来,清空一些记录,把 checkpoint 推进一下。

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redo log 小结

相信大家都知道 redo log 的作用和它的刷盘时机、存储形式。

现在我们来思考一个问题:只要每次把修改后的数据页直接刷盘不就好了,还有 redo log 什么事?

它们不都是刷盘么?差别在哪里?

1 Byte = 8bit
1 KB = 1024 Byte
1 MB = 1024 KB
1 GB = 1024 MB
1 TB = 1024 GB

实际上,数据页大小是16KB,刷盘比较耗时,可能就修改了数据页里的几 Byte 数据,有必要把完整的数据页刷盘吗?

而且数据页刷盘是随机写,因为一个数据页对应的位置可能在硬盘文件的随机位置,所以性能是很差。

如果是写 redo log一行记录可能就占几十 Byte,只包含表空间号、数据页号、磁盘文件偏移 量、更新值,再加上是顺序写,所以刷盘速度很快。

所以用 redo log 形式记录修改内容,性能会远远超过刷数据页的方式,这也让数据库并发能力更强。

其实内存的数据页在一定时机也会刷盘,我们把这称为页合并,讲 Buffer Pool的时候会对这块细说

binlog

redo log 它是物理日志,记录内容是“在某个数据页上做了什么修改”,属于 InnoDB 存储引擎

binlog逻辑日志,记录内容是语句的原始逻辑,类似于“给 ID=2 这一行c 字段加 1”,属于MySQL Server 层。

不管用什么存储引擎,只要发生了表数据更新,都会产生 binlog 日志。

binlog 到底是用来干嘛的?可以说MySQL数据库的数据备份主备、主主、主从都离不开binlog,需要依靠binlog来同步数据,保证数据一致性

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binlog会记录所有涉及更新数据的逻辑操作,并且是顺序写。

记录格式

binlog 日志有三种格式可以通过binlog_format参数指定

指定statement,记录的内容是SQL语句原文,比如执行一条
update T set update_time=now() where id=1,记录的内容如下。
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同步数据时,会执行记录的SQL语句,但是有个问题update_time=now()这里会获取当前系统时间,直接执行会导致与原库的数据不一致。为了解决这种问题,我们需要指定row,记录的内容不再是简单的SQL语句了,还包含操作的具体数据,记录内容如下。

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row格式记录的内容看不到详细信息,要通过mysqlbinlog工具解析出来。

update_time=now()变成了具体的时间update_time=1627112756247,条件后面的@1、@2、@3 都是该行数据第 1 个~3 个字段的原始值(假设这张表只有 3 个字段)。

这样就能保证同步数据的一致性,通常情况下都是指定row,这样可以为数据库恢复同步带来更好的可靠性。

但是这种格式需要更大的容量来记录,比较占用空间恢复同步时会更消耗IO资源影响执行速度。所以就有了一种折中的方案,指定mixed,记录的内容是前两者的混合。

MySQL会判断这条SQL语句是否可能引起数据不一致,如果是,就用row格式,否则就用statement格式。

写入机制

binlog的写入时机也非常简单,事务执行过程中,先把日志写到binlog cache,事务提交的时候,再把binlog cache写到binlog文件中。

因为一个事务的binlog不能被拆开,无论这个事务多大,也要确保一次性写入,所以系统会给每个线程分配一个块内存作为binlog cache

我们可以通过binlog_cache_size参数控制单个线程 binlog cache 大小,如果存储内容超过了这个参数,就要暂存到磁盘(Swap)。

binlog日志刷盘流程如下
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writefsync的时机,可以由参数sync_binlog控制默认是1。为0的时候,表示每次提交事务都只write,由系统自行判断什么时候执行fsync

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虽然性能得到提升,但是机器宕机,page cache里面的 binlog 会丢失

为了安全起见,可以设置为1,表示每次提交事务都会执行fsync,就如同 redo log 日志刷盘流程 一样。

最后还有一种折中方式,可以设置为N(N>1),表示每次提交事务都write,但累积N个事务后才fsync

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在出现IO瓶颈的场景里,将sync_binlog设置成一个比较大的值,可以提升性能

同样的,如果机器宕机,会丢失最近N个事务的binlog日志。

阶段提交

redo log(重做日志)让InnoDB存储引擎拥有了崩溃恢复能力。

binlog(归档日志)保证了MySQL集群架构的数据一致性

虽然它们都属于持久化的保证,但是侧重点不同。在执行更新语句过程,会记录redo logbinlog两块日志,以基本的事务为单位,redo log在事务执行过程中可以不断写入,而binlog只有在提交事务时才写入,所以redo log与binlog的写入时机不一样。

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回到正题,redo logbinlog两份日志之间的逻辑不一致,会出现什么问题

我们以update语句为例,假设id=2的记录,字段c值是0,把字段c值更新成1,SQL语句为update T set c=1 where id=2。

假设执行过程中写完redo log日志后,binlog日志写期间发生了异常,会出现什么情况呢?
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由于binlog没写完就异常,这时候binlog里面没有对应的修改记录。因此,之后用binlog日志恢复数据时,就会少这一次更新,恢复出来的这一行c值是0,而原库因为redo log日志恢复,这一行c值是1,最终数据不一致。

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为了解决两份日志之间的逻辑一致问题,InnoDB存储引擎使用两阶段提交方案。

原理简单,将redo log的写入拆成了两个步骤preparecommit,这就是两阶段提交。

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使用两阶段提交后,写入binlog时发生异常也不会有影响,因为MySQL根据redo log日志恢复数据时,发现redo log还处于prepare阶段,并且没有对应binlog日志,就会回滚该事务。

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再看一个场景,redo log设置commit阶段发生异常,那会不会回滚事务呢?

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并不会回滚事务,它会执行上图框住的逻辑,虽然redo log是处于prepare阶段,但是能通过事务id找到对应的binlog日志,所以MySQL认为是完整的,就会提交事务恢复数据。

undo log

我们知道如果想要保证事务的原子性,就需要异常发生时,对已经执行的操作进行回滚,在 MySQL 中,恢复机制是通过 回滚日志(undo log) 实现的,所有事务进行的修改都会先记录到这个回滚日志中,然后再执行相关的操作。如果执行过程中遇到异常的话,我们直接利用 回滚日志 中的信息将数据回滚到修改之前的样子即可!并且,回滚日志会先于数据持久化到磁盘上。这样就保证了即使遇到数据库突然宕机等情况,当用户再次启动数据库的时候,数据库还能够通过查询回滚日志来回滚将之前未完成的事务。

另外,MVCC 的实现依赖于隐藏字段Read Viewundo log。在内部实现中,InnoDB 通过数据行的 DB_TRX_IDRead View判断数据的可见性,如不可见,则通过数据行的 DB_ROLL_PTR 找到 undo log 中的历史版本每个事务读到的数据版本可能是不一样的,在同一个事务中,用户只能看到该事务创建 Read View 之前已经提交的修改和该事务本身做的修改#

总结

MySQL InnoDB 引擎使用 redo log(重做日志) 保证事务的持久性,使用 undo log(回滚日志) 来保证事务的原子性。MySQL数据库的数据备份主备、主主、主从都离不开binlog,需要依靠binlog来同步数据,保证数据一致性

原文地址:https://blog.csdn.net/df007df/article/details/134649793

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