Mysql三大日志-binlog、redo log和undo log
日志是mysql数据库的重要组成部分，记录着数据库运行期间各种状态信息。mysql日志主要包括错误日志、查询日志、慢查询日志、事务日志、二进制日志几大类。作为开发，我们重点需要关注的是二进制日志(binlog)和事务日志(包括redo log和undo log)，本文接下来会详细介绍这三种日志。
binlog
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：因为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。
- 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。
- 数据恢复: 通过使用mysqlbinlog工具来恢复数据。
主从复制原理、具体操作、示意图
- 在master机器上的操作：当master上的数据发生变化时，该事件变化会按照顺序写入bin-log中。当slave链接到master的时候，master机器会为slave开启binlog dump线程。当master的binlog发生变化的时候，bin-log dump线程会通知slave，并将相应的binlog内容发送给slave。
- 在slave机器上操作：当主从同步开启的时候，slave上会创建两个线程：I\O线程。该线程连接到master机器，master机器上的binlog dump 线程会将binlog的内容发送给该I\O线程。该I/O线程接收到binlog内容后，再将内容写入到本地的relay log；sql线程。该线程读取到I/O线程写入的ralay log。并且根据relay log。并且根据relay log 的内容对slave数据库做相应的操作。
- MySQL主从复制原理图如下:
- 从库生成两个线程，一个I/O线程，一个SQL线程；
i/o线程去请求主库 的binlog，并将得到的binlog日志写到relay log（中继日志） 文件中； - 主库会生成一个 log dump 线程，用来给从库 i/o线程传binlog；
SQL 线程，会读取relay log文件中的日志，并解析成具体操作，来实现主从的操作一致，而最终数据一致；
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, STATEMENT, 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.
redo log
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是如何保证持久性的呢？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：
- 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！
- 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)。
redo log基本概念
redo log包括两部分
- 一个是内存中的日志缓冲(redo log buffer);
- 另一个是磁盘上的日志文件(redo log file)。
mysql每执行一条DML语句，先将记录写入redo log buffer，后续某个时间点再一次性将多个操作记录写到redo log file。这种先写日志，再写磁盘的技术就是MySQL里经常说到的WAL(Write-Ahead Logging) 技术。
在计算机操作系统里面, 用户空间(user space) 下的缓冲区数据一般无法直接写入磁盘, 必须经过操作系统内核空间(kernel space)缓冲区(OS buffer). 因此, redo log buffer 写入 redo log file实际上先写入OS buffer, 然后通过系统调用fsync()将其刷盘到redo log file.
Mysql 支持三种将redo log buffer 刷盘到 redo log file 的策略, 可以通过innodb_flush_log_at_trx_commit参数进行配置:
| 参数值 | 含义 | 描述 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 延迟写 | 事务提交时不会将redo log buffer直接刷盘到OS buffer 而是每秒 写入OS buffer 并调用fsync()写入到redo log file中. | 系统IO性能较高 | 即(大约)每秒刷新写入到磁盘中 |
| 1 | 实时写,实时刷 | 每次事务提交时都会将 redo log buffer 同步到OS buffer, 并调用fsync()写入到redo log file 中. | 当出现系统崩溃时不会丢失数据 | 磁盘IO性能较差 |
| 2 | 实时写, 延迟刷盘 | 每次事务提交都会写入OS buffer中, 但是每个1秒钟调用fsync() 将 os buffer中的日志写入到redo log file | 效率较高 | 系统奔溃时会丢失1秒钟数据 |
redo log记录形式
redo log 记录的是数据页变更, 这种变更没有必要全部保存, 因此, redo log实际采用了大小固定, 循环写入的写法, 当写当到结尾时, 会回到开头循环写日志. 如下图：
另外在innodb中, 既有redo log 的需要刷盘, 还有数据页需要刷盘, redo log 存在的意义就是降低对数据页刷盘要求. 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。
redo log 和 binLog区别
| redo log | binLog | |
|---|---|---|
| 文件大小 | redo log 是固定大小 | binlog 可通过配置参数 max_binlog_size设置每个binlog文件大小 |
| 实现方式 | redo log是InnoDB引擎层实现的，并不是所有引擎都有。 | binlog是Server层实现的，所有引擎都可以使用 binlog日志 |
| 记录方式 | redo log 采用循环写的方式记录，当写到结尾时，会回到开头循环写日志。 | binlog 通过追加的方式记录，当文件大小大于给定值后，后续的日志会记录到新的文件上 |
| 适用场景 | redo log适用于崩溃恢复(crash-safe) | binlog适用于主从复制和数据恢复 |
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。
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，这部分内容在mysql事务和锁，一次性讲清楚！