MySQL（十九）MySQL事务日志（二）UndoLog

MySQL（十九）MySQL事务日志（二）UndoLog

1 undo 日志概述

​ redo log是事务持久性的保障，而undo log则是事务原子性和一致性的保证，如上图，在事务中更新数据的前置操作其实是需要将数据写入到 undo log 方便回滚。

​ 事务需要保证原子性，也就是事务中的操作要么全部完成、要么全部不做。但有时候事务执行到一半也会出现一些情况：

• 情况一：事务执行过程中遇到一些情况，如服务器本身错误、操作系统错误甚至是断电
• 情况二：程序员自身进行了rollback操作

​ 以上情况出现的时候，mysql就需要把数据恢复成事务之前的状态，这个过程称作回滚，以满足事务原子性的特性。回滚操作并不是直接将数据复原，而是：

​ Mysql为了回滚而记录的这些内容称之为撤销日志或回滚日志，由于查询不会修改任何用户记录，所以在查询操作执行时，不需要记录相应的undo log

​ 此外，undo log也会产生redo log，即undo log的产生会伴随着redo log的产生，这是因为undo log也需要进行持久化的保护。

2 undo log的作用

• 回滚数据：undo log是逻辑日志，只是将数据库逻辑地恢复成事务执行之前的状态，所有的操作都被逻辑地取消了，但是数据结构和页本身在回滚之后可能大不相同。

  在多用户并发系统中，可能还有成百上千的并发事务在工作，数据库的工作就是协调这些事务对数据的并发访问，因此不能只是简单将数据库回滚到某一个事务执行之前的状态，这样会影响其他运行的事务。

• MVCC：在InnoDB存储引擎中MVCC的实现是通过undo log来实现的，当用户读取一行记录的时候，该条记录已经被其他事务占用，那么当前事务可以通过undo log读取之前的行版本信息，以实现非锁定读取。

3 undo log的数据结构

3.1 回滚段与undo 页

​ InnoDB对undo log的管理采用段的方式，也就是回滚段(rollback segment)，每个回滚段记录1024个undo log segment，然后会在每个undo log segment中进行undo页的申请。

• 在InnoDB 1.1之前只存在一个回滚段，因此只支持1024个在线并发事务，1.1之后支持128个回滚段，因此可以支持128 * 1024 个并发事务，可以通过innodb_undo_logs查看支持的回滚段个数：

  mysql> show variables like 'innodb_undo_logs'
      -> ;
  Empty set (0.01 sec)
  

​ undo log涉及的相关参数如下，一般情况下不会去动：

​ 当开启一个事务需要写入undo log的时候，就需要去undo log segment中找一个空闲的位置，当有空位的时候就申请一个undo页，然后在这个申请到的undo页上进行undo log记录的写入。

​ 但是为每一个事务都分配一个undo 页是非常浪费的，一个页的大小是16k，假设一个应用的TPS（每秒处理的事务数）是1000，那么1s就需要1000个页即16M，1分钟也就快1G了，除非mysql的清理速度特别快，否则很容易造成空间的浪费。

​ 所以出现了对undo log页的重用，即事务在commit后并不会被立刻删除，而会被放到一个链表上，如果判断页面的使用小于3/4则undo页面可以被重用，其他事务的undo log记录可以写在后面。因为undo log的记录是离散的，所以磁盘的清理效率不高。

3.2 回滚段与事务

• 每个事务只会使用一个回滚段，而每个回滚段可以同时服务于多个事务
• 当一个事务开始的时候就会指定一个回滚段，在事务进行的过程中，会将被修改数据的原始数据复制到回滚段
• 在回滚段中，事务会不断填充盘区，直到事务结束或者盘区空间用完。如果当前盘区不足，则会在段中申请下一个盘区，申请不到则会覆盖使用最初的盘区。
• 回滚段存在于undo表空间中，在数据库中存在多个undo表空间，但在某一个时刻只能使用一个undo表空间

​ 当事务提交的时候，innodb会进行下面的操作：

• 将undo log放入链表中，供后面的purge操作（后台清理线程）
• 判断undo log是否可以重用，可以则分配给下一个事务使用

3.3 回滚段中的数据分类

1. 未提交的回滚数据：数据对应的事务未提交，为了保证数据的读一致性，所以不能被其他事务覆盖数据
2. 已提交但是未过期的回滚数据：该数据关联的事务已经提交，但是受到undo retention参数保持时间的影响
3. 已提交并过期的回滚数据：该数据关联的事务已经提交，并超过了undo retention参数设置，当回滚段满了之后，会被优先覆盖

​ 如果要执行更新操作，会将原纪录放入undo log，并通过隐藏的回滚指针指向undo log中的原纪录。其他事务此时需要查询时，就是查询undo log中这行数据的最后一个历史版本。这也是事务提交之后不能马上删除undo log和undo log所在的页的原因，而是将这些undo log页放到链表，由purge线程判断是否清除

3.4 undo log的类型

• insert undo log

  ​ 即在insert操作中产生的undo log，因为是添加操作，所以只对当前记录可见，对其他事务不可见（事务隔离性的要求），所以可以直接删除，不需要purge操作

• update undo log

  ​ 记录的是update 和 delete产生的undo log，update undo log由于还需要提供MVCC机制，因此不能提交完事务就删除，而是将这些undo log页放到undo log链表，由purge线程判断是否清除

4 undo log的生命周期

4.1 redo log + undo log简要生成过程

​ 假设有两个数值A=1和B=2，将A修改为3B修改为4：

这里的redo log在事务提交前刷盘的，应该是由master线程将redo log buffer中的数据写入redo log file的。

• 1-7宕机，事务未提交不会对数据造成任何影响
• 8-9宕机，redo log完成了持久化但是数据没有，恢复之后可以选择使用undo log回滚或者继续执行事务
• 9之后宕机，为了满足持久性redo log在恢复之后会把数据刷回磁盘

4.2 详细生成过程

​ InnoDB行格式有几个隐藏列：

执行insert操作的时候

​ 比如这是添加一条记录，插入数据会生成一个undo log，并且真实数据的回滚指针会指向这个undo log页中的相应记录。undo log会记录undo log的序号、插入主键的列和值，那么在进行rollback的时候，直接通过主键的值将该条记录删除就可以了。

begin;
insert into user('name') values 'Tom';

执行update操作的时候

​ 比如下面的更新语句，执行完之后会把老的列值写入新的undo log，并且回滚指针指向该新的undo log

update user set name = 'Sun' where id = 1;

​ 而对于更新主键的操作，会把数据的deletemark标记打开，这时候并没有真正删除记录，真正的删除会交给清理线程去判断，然后会在后面插入一条新的数据，新的数据也会产生undo log，并且undo log的序号会递增。每次回滚的时候，只需要按照序号依次向前推，就可以找到原始的数据了。

update user set id = 2 where id = 1;

undo log如何回滚的？

​ 以上面的例子来说，执行rollback回滚，对应的流程应该是这样的：

1. 通过undo no=3将主键id为2的记录删除
2. 通过undo no=2把id=1的记录的deletemark还原为0
3. 通过undo no=1把id=1的记录的name还原为tom
4. 通过undo no=0把id=1的记录删除

undo log的删除

​ 针对于insert undo log，由于插入操作对其他事务不可见，因此可以直接删除；而对于update undo log，由于要提供MVCC机制，因此不能再提交事务的时候就进行删除，而是提交的时候放入undo log链表，由purge线程判断清除。

5 小结

​

​ undo是逻辑日志，对事务进行回滚，将数据库逻辑地恢复成事务执行之前的状态

​ redo log是物理日志，记录的是数据页的物理变化，redo log不是undo log的逆过程