【MySQL】MySQL日志系统以及InnoDB背后的技术（MySQL专栏启动）

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本文目录

本文导读

一、Redo Log

1、什么是redo log

2、redo log工作原理解析

3、redo log 如何设置

二、Bin Log

三、InnoDB执行与Log系统的关系

1、InnoDB执行更新的底层原理

2、两阶段提交

四、Redo log 与 Bin Log 区别

五、Undo Log

1、什么是 Undo Log

2、Write Ahead Logging（WAL）

六、事务的四大特性与Log系统的关系

总结

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本文导读

本文主要详解MySQL数据库中 Redo log（重做日志）、 Bin Log （归档日志）、Uudo Log（撤销日志），以及 Log 与 InnoDB 的关系和区别，和MySQL事务特性的底层原理。

本文也是对《MySQL事务隔离机制与实现原理详解》、《MVCC详解与MVCC实现原理》的补充说明。

一、Redo Log

在MySQL存储引擎的底部是物理存储层，它是文件的物理存储层（包括二进制日志、数据文件、错误日志、慢查询日志、完整日志、redo/undo 日志等）。

1、什么是redo log

在MySQL中，如果每次更新操作都需要写入磁盘，那么磁盘也必须找到相应的记录，然后进行更新。整个过程的 IO 成本和搜索成本都很高。

为了解决这个问题，MySQL中经常提到的WAL技术，WAL的全称是Write Ahead Logging（提前写入日志）。它的关键点是首先写入日志，然后写入磁盘

具体来说，当需要更新记录时，InnoDB引擎将首先将记录写入重做日志并更新内存。此时，更新完成。同时，InnoDB引擎会在适当的时候将此操作记录更新到磁盘，此更新通常在系统空闲时完成。

2、redo log工作原理解析

Redo log 是一个循环重用的文件集，负责记录 InnoDB 存储引擎中缓冲池（Buffer Pool）的所有物理修改日志。

提交事务时，日志缓冲区 log buffer 将刷新为 Redo log 日志文件。

当检查点位置的 LSN 和最新写入的 LSN 差值（checkpoint_age）达到总 Redo log 日志空间的 75% 时，InnoDB 存储引擎将执行异步刷新操作，直到其降至75%以下，并释放重做日志空间。

当 checkpoint_age  达到总文件大小的 90% 时，将触发同步刷新。此时，InnoDB处于暂停状态，无法运行。

write pos 写入位置是当前记录的位置。它在书写时向后移动。写入3号文件的末尾后，将返回0号文件的开头。checkpoint 检查点是要擦除的当前位置。它也向后移动并循环。在擦除记录之前，应将记录更新为数据文件。

write pos 写入位置和 checkpoint 检查点之间是的空白部分，可以用来记录新的操作。如果写入pos 赶上了检查点 checkpoint，则意味着 Redo log 已满，此时无法执行新的更新。相反，停止并擦除一些记录以推进 checkpoint 。

通过 Redo log 日志，InnoDB可以确保即使数据库异常重启，之前提交的记录也不会丢失。这种能力称为 crash-safe （碰撞安全）。

3、redo log 如何设置

Redo log 日志的大小直接影响数据库的处理能力，如果设置太小，强制检查点 checkpoint  操作将频繁刷新脏页。

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，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。

最后我们需要将重做日志设置为更大的大小。在5.6版之前，Redo log 日志的总大小不能超过3.8GB。5.7版之后，此限制被释放。由于它太小而无法影响性能，所以将其设置为尽可能大是否更好？

二、Bin Log

MySQL有两个部分：一个是引擎层，负责与存储相关的具体事宜。我们上面讨论的 Redo log 日志是 InnoDB引擎的一个独特日志，

一个是服务器层，它主要在MySQL服务器层做事情，服务器层日志，称为 Bin Log（归档日志）。

MySQL期初没有 InnoDB 存储引擎。MySQL自己的引擎是 MyISAM，但 MyISAM 没有崩溃安全功能，Bin log 日志只能用于存档。

三、InnoDB执行与Log系统的关系

1、InnoDB执行更新的底层原理

执行此更新语句时，执行器和InnoDB引擎的内部工作原理：

一、执行器首先查找引擎以获得行。ID是主键，引擎直接使用树搜索来查找该行。

如果该行的数据页已经在内存中，它将直接返回到执行器；否则，您需要在返回之前从磁盘读取内存。

二、执行器获取引擎给出的行数据，将1加到该值上，获取一行新数据，然后调用引擎接口写入新数据行。

三、引擎将新数据更新到内存，并将更新操作记录在重做日志中。此时，重做日志处于准备状态。然后告诉执行者执行已完成，事务可以随时提交。

四、执行器为该操作生成 Bin Log，并将 Bin Log 归档日志写入磁盘。

五、MySQL 执行器调用引擎的提交事务接口，引擎将刚刚写入的  Redo Log  日志更改为提交状态，更新完成。

2、两阶段提交

流程图中可以看到，MySQL InnoDB 将 Redo log 的写入拆成了两个步骤：prepare 和 commit，这就是"两阶段提交"。

Redo log 和 Bin Log 都可以用来指示事务的提交状态。两阶段提交是为了保持两种状态的逻辑一致。

四、Redo log 与 Bin Log 区别

Redo log 重做日志对于InnoDB引擎是唯一的；Binlog 归档位置是在MySQL的服务器层上实现的，可以被所有引擎使用。

Redo log 是一个物理日志，记录对数据页所做的更改；Bin log是记录语句原始逻辑的逻辑日志。

Redo log 是循环写入的，空间会用完；可以附加 Bin log，Bin log 文件在写入到一定大小后将切换到下一个，并且不会覆盖上一个日志。

五、Undo Log

1、什么是 Undo Log

物理层在逻辑上分为系统表空间、用户表空间和 Undi Log 日志。

系统表空间包含 ibdata 文件和一些 Undo文件。ibdata文件包含 insert buffer 插入缓冲区段、 double write 双写段、回滚段、索引段、数据字典段和 Undo 信息段。

MySQL 5.7的新特性如下：Undo 撤销与共享表空间的 ibdata 文件分离。您可以在安装MySQL时自行指定文件大小和编号。

MySQL 8.0的新特性如下：InnoDB表的数据字典和 Undo 与共享表空间 ibdata 完全分离。此前，ibdata 文件中的数据字典需要与独立表空间ibd文件中的数据库字典保持一致。

2、Write Ahead Logging（WAL）

首先写入日志，然后写入磁盘。成功写入日志后，事务不会丢失。

稍后，检查点机制将确保磁盘物理文件和重做日志之间的一致性；

使用 Redo Log 记录更改的数据，即使用 Redo Log 来记录交易数据的更改值；

使用 Undo Log 记录更改前的数据，也就是说，Undo Log 将记录事务数据更改前的值，以便回滚和多版本读取其他事务。

六、事务的四大特性与Log系统的关系

事务的 ACID 都需要通过 Redo、Undo 日志来保证等。

本小节是对《MySQL事务隔离机制与实现原理详解》、《MVCC详解与MVCC实现原理》的补充说明。

原子性：原子性与 WAL 有很大的关系。需要从 Redo 重做日志恢复的数据。如果事务没有提交，缓冲池的脏页被刷新，那么不应该存在的数据怎么会消失？它需要通过撤销来实现，这是通过 Undo 重做来保证的。因此，最终原子性由 Redo 的 WAL 机制保证。

持久性：一旦事务通过原子性提交，即使在停机的情况下，也可以从逻辑上检索数据，然后再次写入物理存储空间。这确保了数据不会从逻辑和物理方面（即数据库的持久性）丢失。

隔离性：指事务的执行不能受到其他事务的干扰，即事务中使用的操作和数据与其他并发事务隔离。锁定和多版本控制符合隔离。MVCC多版本实现有三个隐藏字段。回滚指针（DB_ROLL_PT）指向当前记录项的 Rollback Segment 的 Undo log日志记录，通过该记录可以找到以前版本的数据。

总结

本文主要详解MySQL数据库中 Redo log（重做日志）、 Bin Log （归档日志）、Uudo Log（撤销日志），以及 Log 与 InnoDB 的关系和区别，和MySQL事务特性的底层原理。

本文也是对《MySQL事务隔离机制与实现原理详解》、《MVCC详解与MVCC实现原理》的补充说明。