MySQL中的Binlog和Redo log

为什么要有redo log

一般当MySQL更新数据时，有两种情况，追加数据或定位到已经存在的一条数据进行修改。

然而磁盘随机读写速度很慢，无法满足高IO操作的场景。

为了提高写入效率，一般我们可以先将数据写入内存，空闲时再批量刷入磁盘。

但是这样就产生了一个问题：内存中的数据不是持久化的，如果掉电，数据就会丢失。

为了解决数据丢失的问题，MySQL引入了redo log来解决这个问题。

这被称为WAL(Write-Ahead Logging)技术，对于非内存数据库，这是一种提高IO效率的常见做法。

通过WAL技术，使得在发生崩溃时依靠日志记录，就可以恢复数据，从而确保数据不丢失。

关于WAL(Write-Ahead Logging)

对于非内存数据库，磁盘I/O操作是导致数据库性能低下的主要原因。

在数据量相同的情况下，使用WAL日志的数据库系统，可以成倍减少磁盘写入操作，大大提高了数据库磁盘I/O操作的效率，从而提高了数据库性能。

WAL的优势

• 读取和写入可以完全并发执行而不会相互阻塞（但写入仍然不能相互并发）。
• WAL在大多数情况下具有更好的性能（因为不需要每次写入两个文件）。
• 磁盘I/O行为更具可预测性。
• 减少刷盘fsync()操作，提高系统健壮性。

redo log的实现

当需要更新记录时，InnoDB引擎先写redo log并更新内存。在适当的时候，例如当磁盘空闲时，将redo log数据刷新到磁盘。

在InnoDB引擎中，redo log的大小是固定的，例如，它可以配置为一组四个文件，每个文件大小为1GB，因此总共可以记录4GB的操作。

write pos用于记录当前位置，在写入时移动，注意是循环移动的。

checkpoint用于标记要擦除的位置，在擦除时往后移动，注意也是循环移动的。

记录在被擦除之前会更新到磁盘数据文件。

如果write pos完成最后一个文件的写入，它将移动到ib-log-file-0并再次开始写入。

如果write pos赶上check point，则表示redo log已满，因此无法执行新的更新，必须停止并擦除一些数据，将数据同步到磁盘，然后再继续以上步骤。

如何查看redo log 配置参数

每个InnoDB存储引擎至少有一个重做日志文件组，每个文件组至少有两个重做日志文件，默认为ib-log-file-0和ib-log-file-1。

可使用以下命令查看参数配置信息：

show variables like '%innodb_log%';

关于binlog

redo log是InnoDB引擎特有的，可以记录数据，并保证数据的安全性，那么其它存储引擎如何记录数据呢？

在Server级别，MySQL有自己的日志，即bin-log（归档日志）。了解MySQL逻辑架构的同学应该知道，Mysql不是一个整体，MySQL = Server层 + 不同的数据存储引擎。

Binlog用于记录MySQL数据库表结构和表数据的所有变更操作，但不包括select和show查询操作。bin-log以事件的形式记录下来，包括语句消耗的时间。

Binlog日志最重要的两个使用场景如下：

• 主从复制：在主库开启Binlog功能，使主库可以将Binlog传递给从库，从库获取Binlog并实现数据恢复，实现主从数据一致性。

• 数据恢复：通过mysqlbinlog工具恢复数据.

Bin-log文件以三种模式记录：statement, row和mixed, 通常使用row模式。

为什么有两个日志？

MySQL一开始没有InnoDB引擎，MySQL自带的引擎是MyISAM，但是MyISAM没有处理崩溃恢复数据的能力，bin-log日志只是用来归档。

InnoDB后来作为插件添加，它实现了自己的日志系统来保护数据，防止崩溃丢失数据问题。

bin log和redo log的区别

• 内容不同：redo log是物理日志，记录的是数据页修改逻辑，bin-log内容是二进制的，取决于 binlog_format参数，可能基于SQL语句、数据本身或两者的混合。

• 不同级别：redo log只能和InnoDB引擎一起使用，而bin-log位于MySQL服务器级别，可用于所有引擎。

• 磁盘存储形式不同：redo log循环写入，bin-log是累积追加的，所以可以用于数据恢复或者主备同步

• 写入的时间不同：bin-log通常在一个事务提交时写入，而redo log会在不同的时间点写入，如每次事务提交时，通过另一个线程事务执行，或在刷盘时写入。（注意：未提交的事务redo log也可能被刷新到磁盘）

• 作用不同：redo log用于crash恢复，保证MySQL宕机不丢失数据；bin-log用于指定时间点恢复数据，保证服务器可以根据时间点恢复数据，另外bin-log也用于主从复制。

两阶段提交

由于redo-log是在InnoDB层，而bin-log是在 Server 层，这样就引入了一个新的问题。

如果redo log写入成功，但是在bin-log写入磁盘之前，程序crash了，说明事务还没有提交，所以redo-log里写入的新数据是无效的。

重新启动数据库进行数据恢复会将redo-log数据恢复到磁盘，从而创建无效数据。

为了解决这个问题，引入了两阶段提交。

在第一阶段，redo-log写入并处于准备状态。Server层将bin-log数据保存到磁盘，然后执行器调用引擎的提交事务接口提交事务，把redo-log变更为已提交状态，更新完成。

通过两阶段提交协议保证了redo-log数据和bin-log数据的一致性。

一条更新语句的执行过程

学习完全面的知识后，我们就可以探索一下update语句在MySQL中是如何执行的。

假设我们现在要执行SQL：

update table_test set a = a+1 where id = 2;

首先，客户端通过连接器连接并确定权限。

验证后，SQL会经过解析器进行词法和语法分析（AST），如果是Update语句，MySQL将清除查询表的所有查询缓存table_test。（一般不建议开启查询缓存，通常会影响性能）。

优化器优化经过验证的SQL，匹配id索引，并生成执行计划。

执行器获取最终的SQL，并调用相应存储引擎的接口开始执行该更新SQL。

InnoDB引擎打开一个事务，执行引擎首先从内存中查询是否有数据id=2，如果匹配则设置对应的数据为field+1，然后将其保存到内存中。

如果内存中没有查询到id=2的数据，那么它将以页的形式加载磁盘中的数据到内存，然后更新并保存到内存中。

然后InnoDB引擎会将数据行保存到redo-log，此时处于准备状态，表示已经准备好可以提交事务了。

执行器将生成相应的bin-log并将其写入磁盘。

事务被提交，然后redo-log也被提交。

这样事务就执行完成了。