【搞定MySQL数据库】第4篇：日志系统：一条SQL更新语句是如何执行的？

拼搏现实的明天。 2022-03-28 06:12 133阅读 0赞

本文为本人学习极客时间《MySQL实战45讲》的学习笔记。

原文链接：[https://time.geekbang.org/column/article/68633][https_time.geekbang.org_column_article_68633]

### **本文目录：** ###

**1、redo  log：重做日志**

**2、binlog：归档日志**

**3、两阶段提交**

**4、小结**

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上篇文章中我们了解了一个查询语句的执行流程，并介绍了执行过程中涉及的处理模块。一条查询语句的执行过程一般是经过连接器、分析器、优化器、执行器等功能模块，最后到达存储引擎。

那么，一条更新语句的执行流程又是怎样的呢？

之前你可能听到过：MySQL 可以恢复到半个月内任意一秒的状态，那么它是如何实现的呢？

我们还是从一个表和一个更新语句说起，这个表有一个主键 ID 和一个整型字段 c：

mysql> create table T(ID int primary key, c int);

如果要将 ID = 2 这一行的值加1，那么SQL 语句会这样写：

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

前面讲过查询会走的那一套流程，更新语句也会走一遍。

执行语句前都是先要连接上数据库。前面说过，在一个表上有更新时，跟这个表有关的查询缓存都会失效，所以这条更新语句会把表 T 上所有的缓存结果都清空。

接下来，分析器会通过词法和语法解析知道这是一条更新语句。优化器决定要用 ID 这个索引。

然后，执行器负责具体执行，找到这一行，则更新。

与查询流程不一样的是，更新流程还涉及到两个重要的日志模块：**redo  log（重做日志）**和 **binlog（归档日志）**。

本篇文章其实主要就是为了讲解这两个日志模块。

## 1、redo  log：重做日志 ##

不知道你还记不记得《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，那么他可以把顾客名和账目写在板上。但是如果赊账的人多了，粉板会有记不下的时候，这个时候掌柜一定还要有一个专门记录赊账的账本。

因此，如果有人要赊账或者还账的话，掌柜一般有两种做法：

> 1、一种做法是直接把账本翻出来，把这次赊的帐加上去或者扣除掉；
> 
> 2、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，柜台很忙的时候，掌柜一定选择后者，因为前者的操作实在太麻烦了。首先，你要找到这个人的赊账总额那条记录。你想想，密密麻麻的几十页，要找到这个名字，找到之后再计算，最后再将新的结果写回到账本。这个过程想想都很麻烦。所以相比这下，这个时候还是先在粉板上记录下比较方便。

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，然后更新，整个过程的 IO 成本、查找成本都很高。为了解决这个问题，MySQL的设计者就使用了类似酒店掌柜粉板的思路来提升效率。

**而粉板和账本配合的过程，其实就是 MySQL 里经常说的 WAL(Write-Ahead  Logging) 技术，它的关键点就是先写日志，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，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，并更新内存，这个时候更新就算完成了。同时， InnoDB 引擎会在合适的时候，将这个操作记录更新到磁盘中，而这个更新往往是在系统比较空闲的时候做，这就像掌柜在打烊的时候将粉板上的记录更新到账本上一样。

与此类似，InnoDB 的 redo  log 是固定大小的，比如可以配置为一组 4 个文件，每个文件大小是 1GB ，那么这块“粉板”总共就可以记录 4GB 的操作。从头开始写，写到末尾就又回到开头循环写，如下图所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Bjd2wxMjA2_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

write  pos 是当前记录的位置，一边写一边后移，写到第3号文件末尾就回到 0 号文件的开头。

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中。

write pos 和 checkpoint 之间（就是write pos 到3号文件末尾，再加上0号文件开头到checkpoint 的部分）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][]**”。

要理解 crash-safe 这个概念，可以想想我们赊账记录的例子。只要赊账记录记在了粉板或者账本上，之后即使掌柜忘了，比如突然停业几天，恢复生意后依然可以通过账本和粉板上的数据明确赊账账目。

## 2、binlog：归档日志 ##

MySQL 整体来看，其实就是两块：一块是 Server 层，它主要做的是 MySQL 功能层面的事情；还有一块是引擎层，负责存储相关的具体事宜。而上面的 redo  log 是 InnoDB 引擎特有的日志（其他引擎没有），而 Server 层也有自己的日志，称为 binlog：归档日志。

binlog有两种模式：

1、statement 格式的话是记 SQL 语句；

2、row格式会记录行的内容，记两条，更新前和更新后的 SQL 都有。

那么为什么会有两份日志呢？

因为最开始 MySQL 里并没有 InnoDB 引擎。MySQL 自带的引擎是 MyISAM ，但是 MyISAM 没有 crash-safe 能力，binlog 日志只能用于归档。而 InnoDB 是另一家公司以插件形式引入 MySQL 的，既然只依靠 binlog 是没有 crash-safe 能力的，所以 InnoDB 使用另外一套日志系统，也就是 redo  log 来实现 crash-safe 能力。

这两种日志有以下三种区别：

> 1、redo  log 是 InnoDB 引擎特有的，而 binlog 是 MySQL 的 Server 层实现的，所有引擎都可以使用；
> 
> 2、redo  log 是物理日志，记录的是“在某个数据写上做了什么修改”，而 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”。
> 
> 3、redo  log 是循环写的，空间固定会用完，而 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新文件，并不会覆盖掉以前的日志。

有了这两个日志的基础，我们再来看看执行器和 InnoDB 引擎在执行这个简单的 update 语句时的内部流程：

1、执行器先找引擎取 ID=2 这一行。ID 是主键，引擎直接用搜索树找到这一行。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；

2、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，那么现在就是 N+1，得到新的一行数据，再调用引擎接口写入这行新数据。

3、引擎将这行新数据更新到内存中，同时将这个更新记录到 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；

4、执行器生成这个操作的 binlog，并把 binlog 写入磁盘；

5、执行器调用引擎的提交事务接口，引擎把刚刚写入的 redo  log 的prepare状态改成提交 commit 状态，更新完成。

下图为这个 update 语句的执行流程图，图中浅色框表示在 InnoDB 内部执行的，深色框表示在执行器中执行的。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Bjd2wxMjA2_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]**update 语句执行流程**

你可能注意到了，最后三步看上去有点“绕”，**将 redo log 的写入拆成了两个步骤：prepare 和 commit，这就是"两阶段提交"。**

## 3、两阶段提交 ##

为什么需要两阶段提交呢？----> 这是为了让两份日志直接的逻辑一致。

要说明这个问题，我们得从文章开头的那个问题说起：**怎样让数据库恢复到半个月内任意一秒的状态？**

前面我们说过了，**binlog 会记录所有的逻辑操作（所以数据库恢复的时候用的是binlog）**，并且是采用“追加写”的形式。如果你的 DBA 承诺说半个月内可以恢复，那么备份系统中一定会保存最近半个月的所有 binlog，同时系统会定期做整库备份。这里的“定期”取决于系统的重要性，可以是一天一备，也可以是一周一备。

当需要恢复到指定的某一秒时，比如某天下午两点发现中午十二点有一次误删表，需要找回数据，那你可以这么做：

> 1、首先，找到最近的一次全量备份，如果你运气好，可能就是昨天晚上的一个备份，从这个备份恢复到临时库；
> 
> 2、然后，从备份的时间点开始，将备份的 binlog 依次取出来，重放到中午误删表之前的那个时刻。 这样你的临时库就跟误删之前的那个时刻。

这样你的临时库就跟误删之前的线上库一样了，然后你可以把表数据从临时库取出来，按需要恢复到线上库去。

好了，说完了数据恢复过程，我们回来说说，为什么日志需要“两阶段提交”。这里不妨用反证法来进行解释。

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。

仍然用前面的 update 语句来做例子。假设当前 ID=2 的行，字段 c 的值是0，再假设执行 uddate 语句的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？

**1、先写 redo  log 后写 binlog：**

假设在 redo  log 写完，binlog 还没有写完的时候，MySQL 进行异常重启。由于我们前面说过，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 c 的值是 1。

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 c 的值就是 0，与原库的值不同。

**2、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 c 的值是 0。但是 binlog 里面已经记录了“把 c 从 0 改成 1”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 c 的值就是 1，与原库的值不同。

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的状态不一致。redo  log 执行成功的话，当前数据库的值就会发生更新，但是 binlog 中记录的值是用来恢复数据库记录用的。

**实际情况中除了误删数据库数据后用“两阶段提交”这个过程来恢复数据。当你需要扩容的时候，也就是需要多搭建一些备库来增加系统的读能力的时候，现在最常见的是用全量备份加上应用 binlog 来实现的，这个“不一致” 就会导致你的线上出现主从数据库不一致的情况。**

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，即要么都成功，要么都失败。

## 4、小结 ##

MySQL 里面最重要的两个日志，即**物理日志 redo log** 和**逻辑日志 binlog**。

**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。这个参数我建议你设置成 1，这样可以保证 MySQL 异常重启之后数据不会丢失。

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1，这样可以保证 MySQL 异常重启之后 binlog 不丢失。

本文最后还介绍了与 MySQL 日志系统密切相关的“**两阶段提交**”。**两阶段提交是跨系统维持数据逻辑一致性时常用的一个方案**，即使你不做数据库内核开发，日常开发中也有可能会用到。

[https_time.geekbang.org_column_article_68633]: https://time.geekbang.org/column/article/68633
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[crash-safe]: https://www.cnblogs.com/glon/p/6565836.html
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