MySQL之一篇读懂binlog redolog undolog

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日志是

mysql

数据库的重要组成部分，记录着数据库运行期间各种状态信息。

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。作为开发，我们重点需要关注的是二进制日志(

binlog

)和事务日志(包括

redo log

和

undo log

)，本文接下来会详细介绍这三种日志。

binlog

binlog

用于记录数据库执行的写入性操作(不包括查询)信息，以二进制的形式保存在磁盘中。

binlog

是

mysql

的逻辑日志，并且由

Server

层进行记录，使用任何存储引擎的

mysql

数据库都会记录

binlog

日志。

逻辑日志：可以简单理解为记录的就是sql语句。

物理日志：因为

mysql

数据最终是保存在数据页中的，物理日志记录的就是数据页变更。

binlog

是通过追加的方式进行写入的，可以通过

max_binlog_size

参数设置每个

binlog

文件的大小，当文件大小达到给定值之后，会生成新的文件来保存日志。

binlog使用场景

在实际应用中，

binlog

的主要使用场景有两个，分别是主从复制和数据恢复。

1. 主从复制：在

   Master

   端开启

   binlog

   ，然后将

   binlog

   发送到各个

   Slave

   端，

   Slave

   端重放

   binlog

   从而达到主从数据一致。
2. 数据恢复：通过使用

   mysqlbinlog

   工具来恢复数据。

binlog刷盘时机

对于

InnoDB

存储引擎而言，只有在事务提交时才会记录

biglog

，此时记录还在内存中，那么

biglog

是什么时候刷到磁盘中的呢？

mysql

通过

sync_binlog

参数控制

biglog

的刷盘时机，取值范围是

0-N

：

• 0：不去强制要求，由系统自行判断何时写入磁盘；
• 1：每次

  commit

  的时候都要将

  binlog

  写入磁盘；
• N：每N个事务，才会将

  binlog

  写入磁盘。

从上面可以看出，

sync_binlog

最安全的是设置是

1

，这也是

MySQL 5.7.7

之后版本的默认值。但是设置一个大一些的值可以提升数据库性能，因此实际情况下也可以将值适当调大，牺牲一定的一致性来获取更好的性能。

binlog日志格式

binlog

日志有三种格式，分别为

STATMENT

、

ROW

和

MIXED

。

在

MySQL 5.7.7

之前，默认的格式是

STATEMENT

，

MySQL 5.7.7

之后，默认值是

ROW

。日志格式通过

binlog-format

指定。

• STATMENT

  基于

  SQL

  语句的复制(

  statement-based replication, SBR

  )，每一条会修改数据的sql语句会记录到

  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

  , 从而提高了性能； 缺点：在某些情况下会导致主从数据不一致，比如执行

  sysdate()

  、

  slepp()

  等。

• ROW

  基于行的复制(

  row-based replication, RBR

  )，不记录每条sql语句的上下文信息，仅需记录哪条数据被修改了。 优点：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：会产生大量的日志，尤其是

  alter table

  的时候会让日志暴涨

• MIXED

  基于

  STATMENT

  和

  ROW

  两种模式的混合复制(

  mixed-based replication, MBR

  )，一般的复制使用

  STATEMENT

  模式保存

  binlog

  ，对于

  STATEMENT

  模式无法复制的操作使用

  ROW

  模式保存

  binlog

redo log

为什么需要redo log

我们都知道，事务的四大特性里面有一个是持久性，具体来说就是只要事务提交成功，那么对数据库做的修改就被永久保存下来了，不可能因为任何原因再回到原来的状态。那么

mysql

是如何保证持久性的呢？最简单的做法是在每次事务提交的时候，将该事务涉及修改的数据页全部刷新到磁盘中。但是这么做会有严重的性能问题，主要体现在两个方面：

1. 因为

   Innodb

   是以

   页

   为单位进行磁盘交互的，而一个事务很可能只修改一个数据页里面的几个字节，这个时候将完整的数据页刷到磁盘的话，太浪费资源了！
2. 一个事务可能涉及修改多个数据页，并且这些数据页在物理上并不连续，使用随机IO写入性能太差！

因此

mysql

设计了

redo log

，具体来说就是只记录事务对数据页做了哪些修改，这样就能完美地解决性能问题了(相对而言文件更小并且是顺序IO)。

redo log基本概念

redo log

包括两部分：一个是内存中的日志缓冲(

redo log buffer

)，另一个是磁盘上的日志文件(

redo log file

)。

mysql

每执行一条

DML

语句，先将记录写入

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

MySQL

里经常说到的

WAL(Write-Ahead Logging)

技术。

在计算机操作系统中，用户空间(

user space

)下的缓冲区数据一般情况下是无法直接写入磁盘的，中间必须经过操作系统内核空间(

kernel space

)缓冲区(

OS Buffer

)。因此，

redo log buffer

写入

redo log file

实际上是先写入

OS Buffer

，然后再通过系统调用

fsync()

将其刷到

redo log file

中，过程如下：

mysql

支持三种将

redo log buffer

写入

redo log file

的时机，可以通过

innodb_flush_log_at_trx_commit

参数配置，各参数值含义如下：

参数值	含义
0（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 fsync() 写入到 redo log file 中。也就是说设置为0时是(大约)每秒刷新写入到磁盘中的，当系统崩溃，会丢失1秒钟的数据。
1（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 并调用 fsync() 刷到 redo log file 中。这种方式即使系统崩溃也不会丢失任何数据，但是因为每次提交都写入磁盘，IO的性能较差。
2（实时写，延迟刷）	每次提交都仅写入到 os buffer ，然后是每秒调用 fsync() 将 os buffer 中的日志写入到 redo log file 。

redo log记录形式

前面说过，

redo log

实际上记录数据页的变更，而这种变更记录是没必要全部保存，因此

redo log

实现上采用了大小固定，循环写入的方式，当写到结尾时，会回到开头循环写日志。如下图：

同时我们很容易得知，在innodb中，既有

redo log

需要刷盘，还有

数据页

也需要刷盘，

redo log

存在的意义主要就是降低对

数据页

刷盘的要求。在上图中，

write pos

表示

redo log

当前记录的

LSN

(逻辑序列号)位置，

check point

表示数据页更改记录刷盘后对应

redo log

所处的

LSN

(逻辑序列号)位置。

write pos

到

check point

之间的部分是

redo log

空着的部分，用于记录新的记录；

check point

到

write pos

之间是

redo log

待落盘的数据页更改记录。当

write pos

追上

check point

时，会先推动

check point

向前移动，空出位置再记录新的日志。

启动

innodb

的时候，不管上次是正常关闭还是异常关闭，总是会进行恢复操作。因为

redo log

记录的是数据页的物理变化，因此恢复的时候速度比逻辑日志(如

binlog

)要快很多。 重启

innodb

时，首先会检查磁盘中数据页的

LSN

，如果数据页的

LSN

小于日志中的

LSN

，则会从

checkpoint

开始恢复。 还有一种情况，在宕机前正处于

checkpoint

的刷盘过程，且数据页的刷盘进度超过了日志页的刷盘进度，此时会出现数据页中记录的

LSN

大于日志中的

LSN

，这时超出日志进度的部分将不会重做，因为这本身就表示已经做过的事情，无需再重做。

redo log与binlog区别

redo log	binlog
文件大小	redo log 的大小是固定的。	binlog 可通过配置参数 max_binlog_size 设置每个 binlog 文件的大小。
实现方式	redo log 是 InnoDB 引擎层实现的，并不是所有引擎都有。	binlog 是 Server 层实现的，所有引擎都可以使用 binlog 日志
记录方式	redo log 采用循环写的方式记录，当写到结尾时，会回到开头循环写日志。	binlog 通过追加的方式记录，当文件大小大于给定值后，后续的日志会记录到新的文件上
适用场景	redo log 适用于崩溃恢复(crash-safe)	binlog 适用于主从复制和数据恢复

由

binlog

和

redo log

的区别可知：

binlog

日志只用于归档，只依靠

binlog

是没有

crash-safe

能力的。但只有

redo log

也不行，因为

redo log

是

InnoDB

特有的，且日志上的记录落盘后会被覆盖掉。因此需要

binlog

和

redo log

二者同时记录，才能保证当数据库发生宕机重启时，数据不会丢失。

undo log

数据库事务四大特性中有一个是原子性，具体来说就是 原子性是指对数据库的一系列操作，要么全部成功，要么全部失败，不可能出现部分成功的情况。实际上，原子性底层就是通过

undo log

实现的。

undo log

主要记录了数据的逻辑变化，比如一条

INSERT

语句，对应一条

DELETE

的

undo log

，对于每个

UPDATE

语句，对应一条相反的

UPDATE

的

undo log

，这样在发生错误时，就能回滚到事务之前的数据状态。同时，

undo log

也是

MVCC

(多版本并发控制)实现的关键，这部分内容在面试中的老大难-mysql事务和锁，一次性讲清楚！中有介绍，不再赘述。