MySQL日志系统

MySQL的基本架构.jpg

       假设MySQL需要执行一条更新语句：update T set c = c + 1 where id = 2，在执行这条更新语句之前，要先连接数据库，这是连接器的工作。而在一张表上有更新的时候，跟这个表有关的查询缓存会失效，所以这条语句就会把表T上所有缓存结果都清空，这也是建议不使用查询缓存的原因之一。接下来，分析器会通过词法分析和语法分析知道这是一条更新语句。优化器决定要使用ID这个索引。然后执行器负责具体执行，找到这一行，然后更新。
       更新语句的流程会涉及到两个重要的日志模块，即redo log（重做日志）和binlog（归档日志）。

重做日志redo log

       MySQL在更新的时候，使用的是WAL（Write-Ahead Logging）技术，即先写日志，再写磁盘。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引擎会在适当的时候，将这个操作记录更新到磁盘里面，而这个更新往往是在系统比较空闲的时候做。
       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，那么这块redo log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，如下所示：

redo log的记录过程

       write pos是当前记录的位置，一边写一边往后移，写到第三号文件末尾后就回到第零号文件开头。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。write pos和checkpoint之间的空着的部分，可以用来记录新的操作。如果write pos追上checkpoint，表示redo log文件满了，这时候不能在执行新的更新，得停下来先删除一些记录，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，该能力成为crash-safe。

binlog归档日志

       从MySQL的整体来看，分为如下的两部分：Server层和存储引擎层。前者主要是做MySQL功能层面的事情，后者负责存储相关的具体事宜。上述的redo log是InnoDB引擎特有的日志，而Server层也有自己的日志，称为binlog，即归档日志。
       MySQL有两份日志的原因，是因为最开始MySQL里并没有InnoDB引擎。MySQL自带的引擎是MyISAM，但是MyISAM没有crash-safe的能力，binlog日志只能由于归档（归档，指的是将处理完并且具有保存价值的事情或文件经系统整理后交档案室保存备案的过程）。而InnoDB是另一个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，即redo log来实现crash-safe能力。
       redo log和binlog两者的区别：

• redo log是InnoDB引擎特有的；binlog是MySQL的Server层实现的，所有引擎都可以使用；
• redo log是物理日志，记录的是“在某个数据页上做了什么修改”；binlog是逻辑日志，记录的是SQL语句的原始逻辑。

• redo log是循环写的，空间固定会用完；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，并不会覆盖以前的日志。
         接下来看看，执行器和InnoDB引擎执行开篇的update语句时的内部流程。如下图：

  
  
  update语句执行流程
• 执行器先找引擎去ID=2这一行。ID是主键，引擎直接用树搜索找到这行。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。
• 执行器拿到拿到引擎给的行数据，把这个值加上1，得到新的一行数据，再调用引擎接口写入数据这样新数据。
• 引擎将这行新数据更新到内存中，同时将这个更新操作记录到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。
• 执行器生成这个操作的binlog，并把binlog写入磁盘。
• 执行器调用引擎的提交事务接口，引擎把刚刚写入的redo log改成提交（commit）状态，更新完成。

两阶段提交

       从上图中，看到redo log的写入拆成了两个步骤：prepare和commit，即“两阶段提交”，这是为了让两份日志之间的逻辑一致。
       如果不使用两阶段提交，即先写完redo log再写binlog，或者先写binlog再写redo log，会有什么问题呢？以上文中的update语句为例。假设当前ID=2的行，字段c的值是0，再假设执行update语句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？

• 先写redo log，后写binlog。
         假设在redo log写完，binlog还没有写完时候，MySQL进程异常重启。由于我们前面说过的，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。
• 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。

总结

       今天介绍了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_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。这个参数建议设置成1，这样可以保证MySQL异常重启之后数据不丢失。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。这个参数也建议设置成1，这样可以保证MySQL异常重启之后binlog不丢失。