数据库：binlog、redo log以及undo log

一条更新语句执行的顺序

update T set c=c+1 where ID=2;

a. 执行器先找引擎取 ID=2 这一行。ID 是主键，引擎直接用树搜索找到这一行。如果 ID=2 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。

b. 执行器拿到引擎给的行数据，把这个值加上 1，比如原来是 N，现在就是 N+1，得到新的一行数据，再调用引擎接口写入这行新数据。

c. 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 prepare 状态。然后告知执行器执行完成了，随时可以提交事务。

d. 执行器生成这个操作的 binlog，并把 binlog 写入磁盘。

e. 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。

1.binlog

binlog属于MySQL Server层面，称为归档日志，以二进制形式记录语句的原始逻辑，binlog是没有crash-safe能力

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：

  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

2.redo log

2.1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

是如何保证一致性的呢？

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)。

2.2 redo log 基本概念

每次对记录的修改写入缓冲池的时候，先讲记录写入redo log buffer（记录着哪一页修改了什么数据），后续在特定时刻将多个操作刷盘到redo log file中(放在磁盘)，这种先写日志，再写磁盘的技术就是MySQL里的WAL(Write-Ahead Logging)技术。

在操作系统中，用户空间下的缓冲区是无法直接写入磁盘的，中间必须经过操作系统内核空间(kernal space)缓冲区，然后通过系统调用fsync()刷到redo log file中。

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，相关含义如下：

可以发现写入redo log file也是磁盘IO，但它是顺序IO，比从缓冲池将数据页随机IO到磁盘快很多。 

2.3 redo log 记录形式

在更新一条语句时，InnoDB会把更新记录写到redo log中，然后更新内存，然后在空闲的时候或是按照设定的更新策略将redo log中的内容更新到磁盘。redo log日志大小是固定的，即记录满了后就从头循环写。Checkpoint 以前表示已经更新到磁盘的文件，write pos表示当前写的位置，如果两个指针相遇了，表示redo log已经满了，需要同步到磁盘中。

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。

2.4 redo log和binlog区别

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。

3. 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。

每条数据修改(insert、update或delete)操作都伴随一条undo log的生成,并且回滚日志必须先于数据持久化到磁盘上

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