不知道你们是否还记得《孔乙己》这篇文章,酒店掌柜有一个粉板,专门用来记录客人的赊账记录。如果赊账的人不多,南无它可以把顾客的名字和账目写到粉板上。但如果赊账的人多了,粉板总会有记不下的时候,这个时候掌柜一定还有一个专门记录赊账的账本。
如果有人要赊账或者还账的话,掌柜一般有两种做法:
一种做法是直接把账本翻出来,把这次赊的账加上去或者扣除掉;
另一种做法是先在粉板上记下这次的账,等打烊以后再把账本翻出来核算。
在生意红火柜台很忙时,掌柜一定会选择后者,因为前者操作实在是太麻烦了。首先,你得找到这个人的赊账总额那条记录。你想想,密密麻麻几十页,掌柜要找到那个名字,可能还得带上老花镜慢慢找,找到之后再拿出算盘计算,最后再将结果写回到账本上。这整个过程想想都麻烦。相比之下,还是先在粉板上记一下方便。你想想,如果掌柜没有粉板的帮助,每次记账都得翻账本,效率是不是低得让人难以忍受?
redo log
同样,在 MySQL 里也有这个问题,如果每一次的更新操作都需要写进磁盘,然后磁盘也要找到对应的那条记录,然后再更新,整个过程 IO 成本、查找成本都很高。为了解决这个问题,MySQL 的设计者就用了类似酒店掌柜粉板的思路来提升更新效率。
粉板和账本配合的整个过程就是MySQL里经常说的WAL(Write-Ahead logging)技术,它的关键就是先写日志,再写磁盘,也就是先写粉板,等不忙的时候再写账本。
具体来说就是,当有一条记录需要更新的时候,InnoDB引擎就会先把记录写到redo log(粉板)里面,并更新到内存,这个时候更新就算完成了。同时,InnoDB引擎会在适当的时候,将这个操作记录更新到磁盘里面,而这个更新往往是在系统比较空闲的时候做。
InnoDB的redo log是固定大小的,比如可以配置为一组4个文件,每个文件的大小是1GB,那么redo log总共就可以记录4GB的操作,它是从头开始写,写到末尾就有回到开头循环写,如下图所示:
write pos是当前记录的位置,一边写一边往后移,写到第3号文件末尾后就回到0号文件开头。checkpoint是当前要擦除的位置,也是往后推移并且循环的,擦除记录前要把记录更新到数据文件。
write pos 和 checkpoint 之间的是“粉板”上还空着的部分,可以用来记录新的操作。如果 write pos 追上 checkpoint,表示“粉板”满了,这时候不能再执行新的更新,得停下来先擦掉一些记录,把 checkpoint 推进一下。
有了 redo log,InnoDB 就可以保证即使数据库发生异常重启,之前提交的记录都不会丢失,这个能力称为 crash-safe。
binlog
redo log是InnoDB引擎特有的日志,前面的文章我们说过,MySQL总共分为两块:一块是Server层,它主要做的是MySQL功能层面上的事;另一块是引擎,主要负责存储相关的功能。而Server层也有自己的日志:binlog.
redo log和binlog不同点:
redo log 是 InnoDB 引擎特有的;binlog 是 MySQL 的 Server 层实现的,所有引擎都可以使用。
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,比如“给 ID=2 这一行的 c 字段加 1 ”。
redo log 是循环写的,空间固定会用完;binlog 是可以追加写入的。“追加写”是指 binlog 文件写到一定大小后会切换到下一个,并不会覆盖以前的日志。
我们先来看一条SQL语句:
update user set age = age+1 where id = 10;复制
在InnoDB引擎的情况下,执行这条update语句的流程是这样的:
执行器先找引擎取 id=10 这一行。id 是主键,引擎直接用树搜索找到这一行。如果 id=10 这一行所在的数据页本来就在内存中,就直接返回给执行器;否则,需要先从磁盘读入内存,然后再返回。
执行器拿到引擎给的行数据,把这个值加上 1,比如原来是 13,现在就是 14,得到新的一行数据,再调用引擎接口写入这行新数据。
引擎将这行新数据更新到内存中,同时将这个更新操作记录到 redo log 里面,此时 redo log 处于 (准备)prepare 状态。然后告知执行器执行完成了,随时可以提交事务。
执行器生成这个操作的 binlog,并把 binlog 写入磁盘。
执行器调用引擎的提交事务接口,引擎把刚刚写入的 redo log 改成提交(commit)状态,更新完成。
流程图如下:
我们可以看到,redo log 的写分成了两步 prepare和commit,这就是“两阶段提交”。
两阶段提交
为什么要使用两阶段提交?
由于 redo log 和 binlog 是两个独立的逻辑,如果不用两阶段提交,要么就是先写完 redo log 再写 binlog,或者采用反过来的顺序。我们看看这两种方式会有什么问题。
我们仍然用前面的update语句举例,假设当前id=10的age字段值为13,再假设执行 update 语句过程中在写完第一个日志后,第二个日志还没有写完期间发生了 crash,会出现什么情况呢?
先写 redo log 后写 binlog。假设在 redo log 写完,binlog 还没有写完的时候,MySQL 进程异常重启。由于我们前面说过的,redo log 写完之后,系统即使崩溃,仍然能够把数据恢复回来,所以恢复后这一行 age 的值是 14。但是由于 binlog 没写完就 crash 了,这时候 binlog 里面就没有记录这个语句。因此,之后备份日志的时候,存起来的 binlog 里面就没有这条语句。然后你会发现,如果需要用这个 binlog 来恢复临时库的话,由于这个语句的 binlog 丢失,这个临时库就会少了这一次更新,恢复出来的这一行 age 的值就是 13,与原库的值不同。
先写 binlog 后写 redo log。如果在 binlog 写完之后 crash,由于 redo log 还没写,崩溃恢复以后这个事务无效,所以这一行 age 的值是 13。但是 binlog 里面已经记录了“把 age 从 13 改成 14”这个日志。所以,在之后用 binlog 来恢复的时候就多了一个事务出来,恢复出来的这一行 age 的值就是 14,与原库的值不同。
我们可以看到,如果不使用“两阶段提交”, 那么数据库的状态就有可能和用它的日志恢复出来的库状态不一致。
简单说,redo log 和 binlog 都可以用于表示事务的提交状态,而两阶段提交就是让这两个状态保持逻辑上的一致。
redo log 用于保证 crash-safe 能力。innodb_flush_log_at_trx_commit 这个参数设置成 1 的时候,表示每次事务的 redo log 都直接持久化到磁盘。这个参数建议设置成 1,这样可以保证 MySQL 异常重启之后数据不丢失。
sync_binlog 这个参数设置成 1 的时候,表示每次事务的 binlog 都持久化到磁盘。这个参数我也建议你设置成 1,这样可以保证 MySQL 异常重启之后 binlog 不丢失。
结束!