Undo Log & Redo Log

原文链接： https://yq.aliyun.com/articles/592937

一 Undo Log

Undo Log是为了实现事务的原子性。
Undo Log的原理很简单，为了满足事务的原子性，在操作任何数据之前，首先将数据备份到一个地方（这个存储数据备份的地方称为Undo Log）。然后进行数据的修改。如果出现了错误或者用户执行了ROLLBACK语句，系统可以利用Undo Log中的备份将数据恢复到事务开始之前的状态。

除了可以保证事务的原子性，Undo Log也可以用来辅助完成事务的持久化。

事务的持久性(Durability)
事务一旦完成，该事务对数据库所做的所有修改都会持久的保存到数据库中。为了保证持久性，数据库系统会将修改后的数据完全的记录到持久的存储上。

1. 用Undo Log实现原子性和持久化的事务的简化过程
   假设有A、B两个数据，值分别为1，2。

A.事务开始.

B.记录A=1到undo log.

C.修改A=3.

D.记录B=2到undo log.

E.修改B=4.

F.将undo log写到磁盘。

G.将数据写到磁盘。

H.事务提交

这里有一个隐含的前提条件：‘数据都是先读到内存中，然后修改内存中的数据，最后将数据写回磁盘’。

2. 同时保证原子性和持久化
   之所以能同时保证原子性和持久化，是因为以下特点：

A.更新数据前记录Undo log。

B.为了保证持久性，必须将数据在事务提交前写到磁盘。只要事务成功提交，数据必然已经持久化。

C.Undo log必须先于数据持久化到磁盘。如果在G，H之间系统崩溃，undo log是完整的，可以用来回滚事务。

D.如果在AF之间系统崩溃，因为数据没有持久化到磁盘。所以磁盘上的数据还是保持在事务开始前的状态。

3. 缺陷
   每个事务提交前将数据和Undo Log写入磁盘，这样会导致大量的磁盘IO，因此性能很低。如果能够将数据缓存一段时间，就能减少IO提高性能。但是这样就会丧失事务的持久性。因此引入了另外一种机制来实现持久化，即Redo Log.

二 Redo Log

1 原理
和Undo Log相反，Redo Log记录的是新数据的备份。在事务提交前，只要将Redo Log持久化即可，不需要将数据持久化。当系统崩溃时，虽然数据没有持久化，但是Redo Log已经持久化。系统可以根据Redo Log的内容，将所有数据恢复到最新的状态。

1. Undo+Redo事务的简化过程
   假设有A、B两个数据，值分别为1，2.

A.事务开始.

B.记录A=1到undo log.

C.修改A=3.

D.记录A=3到redo log.

E.记录B=2到undo log.

F.修改B=4.

G.记录B=4到redo log.

H.将redo log写入磁盘。

I.事务提交

2. Undo+Redo事务的特点
   A.为了保证持久性，必须在事务提交前将Redo Log持久化。

B.数据不需要在事务提交前写入磁盘，而是缓存在内存中。

C.Redo Log保证事务的持久性。
D.Undo Log保证事务的原子性。
E.有一个隐含的特点，数据必须要晚于redo log写入持久存储。

2 IO性能
Undo+Redo的设计主要考虑的是提升IO性能。虽说通过缓存数据，减少了写数据的IO。但是却引入了新的IO，即写Redo Log的IO。如果Redo Log的IO性能不好，就不能起到提高性能的目的。

1. InnoDB的Redo Log的设计有以下几个特点：
   A.尽量保持Redo Log存储在一段连续的空间上。因此在系统第一次启动时就会将日志文件的空间完全分配。以顺序追加的方式记录Redo Log，通过顺序IO来改善性能。

B.批量写入日志。日志并不是直接写入文件，而是先写入redo log buffer.当需要将日志刷新到磁盘时(如事务提交)，将许多日志一起写入磁盘.

C.并发的事务共享Redo Log的存储空间，它们的Redo Log按语句的执行顺序，依次交替的记录在一起，以减少日志占用的空间。例如，Redo Log中的记录内容可能是这样的：

记录1:

记录2:

记录3:

记录4:

记录5:

D.因为C的原因，当一个事务将Redo Log写入磁盘时，也会将其他未提交的事务的日志写入磁盘。

E.Redo Log上只进行顺序追加的操作，当一个事务需要回滚时，它的Redo Log记录也不会从Redo Log中删除掉。