MySQL8.0 MySQL事务日志、REDO日志、UNDO日志

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MySQL事务日志

事务日志4种特性：原子性、一致性、隔离性和持久性。那么事务的四种特性到底是基于什么机制实现呢？
事务的隔离性由锁机制实现。
而事务的原子性、一致性和持久性由事务的redo日志和undo日志来保证。
REDO LOG称为重做日志，提供再写入操作，恢复提交事务修改的页操作，用来保证事务的持久性。
UNDO LOG称为回滚日志，回滚行记录到某个特定版本，用来保证事务的原子性、一致性。
有的DBA或许会认为UNDO是REDO的逆过程，其实不然。REDO和UNDO都可以视为一种恢复操作，但是：

redo log：是存储引擎层（innodb）生成的日志，记录的是物理级别上的页修改操作，比如页号xxx、偏移量yyy写入了‘zzz’数据。主要为了保证数据的可靠性；

undo log：是存储引擎（innodb）生成的日志，记录的是逻辑操作日志，比如对某一行数据进行了INSERT语句操作，那么undo log就记录一条与之相反的DELETE操作。主要用于事务的回滚（undo log记录的是每个修改操作的逆操作）和一致性非锁定读（undo log回滚行记录到某种特定的版本—MVCC，即多版本并发控制）。

REDO日志

InnoDB存储引擎是以页为单位来管理存储空间的。在真正访问页面之前，需要把磁盘上的页缓存到内存中的Buffer Pool之后才可以访问。所有的变更都必须先更新缓冲池中的数据，然后缓冲池中脏页会以一定的频率被刷入磁盘（chekPoint机制），通过缓冲池来优化CPU和磁盘之间的鸿沟，这样就可以保证整体的性能不会下降太快。

REDO日志的好处、特点

好处

redo日志降低了刷盘频率
redo日志占用的空间非常小
存储表空间ID、页号、偏移量以及需要更新的值，所需的存储空间是很小的，刷盘快。

特点

redo日志是顺序写入磁盘的
在执行事务的过程中，每执行一条语句，就可能产生若干条redo日志，这些日志是按照产生的顺序写入磁盘的，也就是使用顺序IO，效率比随机IO快。
事务执行过程中，redo log不断记录
redo log跟bin log的区别，redo log是存储引擎层产生的，而bin log是数据库层产生的。假设一个事务，对表做10万行的记录插入，在这个过程中，一直不断的往redo log顺序记录，而bin log不会记录，直到这个事务提交，才会写入到bin log文件中。

REDO的组成

Redo log可以简单分为以下两个部分：
重做日志的缓冲（redo log buffer），保存在内存中，是易失的。
在服务器启动时就像操作系统申请了一大片称之为redo log buffer的连续内存空间，翻译成中文就是redo日志缓冲区。这片内存空间被划分成若干个连续的redo log block。一个redo log block占用512字节大小。

参数设置：innodb_log_buffer_size
redo log buffer大小，默认16M，最大值是4096M，最小值为1M。

重做日志文件（redo log file），保存在硬盘中，是持久的。

REDO的整体流程

体会：Write-Ahead Log（预先日志持久化）：在持久化一个数据页之前，先将内存中相应的日志页持久化。

REDO LOG的刷盘策略

redo log的写入并不是直接写入磁盘的，InnoDB引擎会在写redo log的时候先写redo log buffer，之后一定的频率刷入到真正的redo log file中。这里的一定频率怎么看待呢？这就是我们要说的刷盘策略。
注意，redo log buffer刷盘到redo log file的过程并不是真正刷到磁盘中去，只是刷到了文件系统缓存（page cache）中去（这是现代操作系统为了提高文件写入效率做的一个优化），真正的写入会交给系统自己来决定（比如page cache足够大了）。那么对于InnoDB来说就存在一个问题，如果交给系统来同步，同样如果系统宕机，那么数据也丢失了（虽然整个系统宕机的概率还是比较小的）。

针对这种情况，InnoDB给出innodb_flush_log_at_trx_commit参数，该参数控制commit提交事务时，如何将redo log buffer中的日志刷新到redo log file中。它支持三种策略：
设置为0：表示每次事务提交时不进行刷盘操作。（系统默认master thread每隔1s进行一次重做日志的同步）。
设置为1：表示每次事务提交时都将进行同步，刷盘操作（默认值）。
设置为2：表示每次事务提交时都只把redo log buffer内容写入page cache，不进行同步。由os自己决定什么时候同步到磁盘文件。

另外，InnoDB存储引擎有一个后台线程，每个1秒，就会把redo log buffer中的内容写到文件系统缓存（page cache），然后调用刷盘操作。

也就是说一个没有提交事务的redo log记录，也可能会刷盘。因为事务执行过程redo log记录是会写入redo log buffer中，这些redo log记录会被后台线程刷盘。

除了后台线程每秒1次的轮询操作，还有一种情况，当redo log buffer占用的空间即将达到innodb_log_buffer_size（这个参数默认是16M）的一半的时候，后台线程会主动刷盘。

流程图

可通过show variables like 'innodb_flush_log_at_trx_commit';查看

小结：innodb_flush_log_at_trx_commit=1
为1时，只要事务提交成功，redo log记录就一定在硬盘里，不会有任何数据丢失。
如果事务执行期间MySQL挂了或宕机，这部分日志丢了，但事务并没有提交，所以日志丢了也不会有任何损失，可以保证ACID的D，数据绝对不会丢失，但是效率最差的。
建议使用默认值，虽然操作系统宕机的概率理论小于数据库宕机的概率，但是一般既然使用了事务，那么数据的安全相对来说更重要一些。

小结：innodb_flush_log_at_trx_commit=2
为2时，只要事务提交成功，redo log buffer中的内容只写入文件缓存（page cache）。
如果仅仅只是MySQL挂了不会有任何数据丢失，但是操作系统宕机可能会有1秒数据的丢失，这种情况下无法满足ACID中的D。但数值2肯定是效率最高的。

小结：innodb_flush_log_at_trx_commit=0
为0时，master thread中每1秒进行一次重做日志的fsync操作，因此实例crash最多丢失1秒钟内的事务。（master thread是负责将缓冲池中的数据异步刷新到磁盘，保持数据的一致性）。
数值0的话，是一种折中的做法，它的IO效率理论是高于1的，低于2的，这种策略也有丢失数据的风险，也无法保证D。

UNDO日志

redo log是事务持久性的保证，undo log是事务原子性的保证。在事务中更新数据的前置操作其实是要先写入一个undo log。

如何理解UNDO日志

事务需要保证原子性，也就是事务中操作要么全部完成，要么什么也不做。但有时候事务执行到一半会出现一些情况，比如：
情况一：事务执行过程中可能遇到各种错误，比如服务器本身的错误，操作系统错误，甚至是突然断电导致的错误。
情况二：程序员可以在事务执行过程中手动输入ROLLBACK语句结束当前事务的执行。
以上情况出现，我们需要把数据改回原先的样子，这个过程称之为回滚，这样就可以造成一个假象：这个事务看起来什么都没做，所以符合原子性要求。

每当我们要对一条记录做改动时（这里的改动可以指INSERT、DELETE、UPDATE），都需要“留一手” 一 一 把回滚时所需的东西记下来。比如：
你插入一条记录时，至少要把这条记录的主键值记下来，之后回滚的时候只需要把这个主键值对应的记录删掉就好了。（对于每个INSERT，InnoDB存储引擎会完成一个DELETE）。
你删掉了一条记录，至少要把这条记录中的内容都记下来，这样之后回滚时再把由这些内容组成的记录插入到表中就好了。（对于每个DELETE，InnoDB存储引擎会执行一个INSERT）。
你修改了一条记录，至少要把修改这条记录前的旧值都记录下来，这样之后回滚再把这条记录更新为旧值就好了。（对于每个UPDATE，InnoDB存储引擎会执行一个相反的UPDATE，将修改前的行放回去）。

MySQL把这些为了回滚而记录的这些内容称之为撤销日志或者回滚日志（即undo log）。注意，由于查询操作（SELECT）并不会修改任何用户记录，所以在查询操作执行时，并不需要记录相应的undo日志。

此外，undo log会产生redo log，也就是undo log的产生会伴随着redo log的产生，这是因为undo log也需要持久性的保护。

UNDO日志的作用

作用1：回滚数据

用户对undo日志可能有误解：undo用于将数据库物理地恢复到执行语句或事物之前的样子。但事实并非如此。undo是逻辑日志，因此只是将数据库逻辑恢复到原来的样子。所有修改都被逻辑地取消了，但是数据结构和页本身在回滚之后可能大不相同。

这是因为在多用户并发系统中，可能会有数十、数百甚至数千个并发事务。数据库的主要任务就是协调对数据记录的并发访问。比如，一个事务在修改当前一个页中某几条记录，同时还有别的事务在对同一个页中另几条记录进行修改。因此，不能将一个页回滚到事务开始的样子，因为这样会影响其他事务正在进行的工作。

作用2：MVCC

undo的另一个作用是MVCC，即InnoDB存储引擎中MVCC的实现是通过undo来完成。当用户读取一行记录时，若该记录已经被其他事务占用，当前事务可以通过undo读取之前的行版本信息，以此实现非锁定读取。

小结

undo log是逻辑日志，对事务回滚时，只是将数据库逻辑地恢复到原来的样子。
redo log是物理日志，记录的是数据页的物理变化，undo log不是redo log的逆过程。