MySQL的redo log和bin log 真香
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2021-09-29 21:13
大家好，我是连边，这是我的第22篇原创文章。
今天这篇文章给大家带来MySQL中重要的两个日志 - redo log、binlog，从理论概念出发，结合图解分析，看完这篇文章之后，你能对redo log、binlog有深入的理解。
文章导读
浅谈MySQL分层架构
在讲具体的日志之前，先稍微铺垫下MySQL分层的架构，让大家知道redo log、binlog是由MySQL的哪一层产生的。
MySQL整体分为3层：客户端层，Server层和存储引擎层。我们的binlog日志，由Server层生成，redo log是InnoDB特有的日志，由InnoDB引擎生成。
重做日志（redo log）
什么是redo log
InnoDB为了能够支持事务一系列操作，而事务有4种特性：原子性、一致性、隔离性、持久性，在事务操作中，要么全部执行，要么全部不执行，这就是事务的目的。而我们的redo log用来保证事务的持久性，即我们常说的ACID中的D。我们只需要知道它是通过一套什么样的机制，来保证持久性，就能掌握好redo log。
这里的说的持久性，是说最后落盘到redo log文件（即常见的ib_logfile文件），因为最后我们异常情况的恢复，都是根据文件来做恢复的。
那么我们的MySQL InnoDB是通过一套什么样的机制来确保速度与可靠性的呢？
WAL
在计算机体系中，CPU处理速度和硬盘的速度，是不在同一个数量级上的，为了让它们速度匹配，从而催生了我们的内存模块，但是内存有一个特点，就是掉电之后，数据就会丢失，不是持久的，我们需要持久化的数据，最后都需要存储到硬盘上。
InnoDB引擎设计者也利用了类似的设计思想，先写内存，再写硬盘，这样就不会因为redo log写硬盘IO而导致数据库性能问题。在InnoDB中，这种技术有一个专业名称，叫做Write-Ahead Log（预先日志持久化）
redo log写入策略
上边是保证了处理的速度，但是怎么样保证写入到硬盘的可靠性呢？
InnoDB引擎的设计者也设计了一种写入的策略，首先有一个后台线程，每隔1秒，就会把redo log buffer中的日志，调用write写到文件系统的page cache，然后调用fsync持久化到磁盘（即redo log文件 ib_logfile0 ib_logfile1）。
为了控制 redo log写入策略，InnoDB提供了innodb_flush_log_at_trx_commit配置参数，它有三种取值：
设置为 0 的时候，表示每次事务提交时都只是把 redo log 留在 redo log buffer 中 ; 设置为 1 的时候，表示每次事务提交时都将 redo log 直接持久化到磁盘； 设置为 2 的时候，表示每次事务提交时都只是把 redo log 写到 page cache。
如果不是对性能要求高的，一般把该参数设置为 1
redo log的擦除
通过上边的设计，速度和可靠性的问题都解决了，但是我们仔细想想，还会有什么问题？
随着文件的增加，落盘的速度会越来越慢，直到有一天 ...
聪明的设计者这样子想着，如果我一直处理小文件，最大不能超过某个大小，不就行了？
也确实是这样子处理的，但是这里就涉及到一个删除日志文件的算法，即我们的redo log擦除。
redo log 的大小是固定的，比如可以配置一组4个文件，每个文件大小是8M，那么这个redo log总共就可以记录32M的操作，这个参数可以通过innodb_log_file_size设置。
下图是具体的擦除算法，ib_logfile 从头开始写，写到末尾就又回到开头循环写。
write pos是当前记录的位置，一边写一边后移，写到第3号文件末尾后就回到0号文件开头。checkpoint是当前要擦除的位置，也是往后移动并且循环的，擦除记录前要把记录更新到数据文件，write pos与check point之间为剩余可用写入的空间。
何时会擦除redo log并更新到数据文件中
系统空闲时 Redo log文件没有空闲空间时，即write pos追上check point的时候； MySQL Server正常关闭时
crash-safe
有了以上这一些机制保障，我们可以相信redo log是可靠的，只要持久化到redo log文件中了，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，而我们把这个能力称为 crash-safe。
归档日志（binlog）
在写这篇文章的时候，纠结到底先写redo log还是binlog，最后还是秉承先苦后甜的原则，把redo log写在前面了。如果redo log的部分看懂了，binlog掌握是轻松的，跟着我的思路，我们继续binlog～
前边讲过，redo log是InnoDB引擎特有的日志，是引擎层面的日志，而在我们的数据库的Server层面，也有自己的日志，称为binlog（归档日志）。
binlog是逻辑日志，怎么样来理解这个逻辑日志呢？
我们通过查看一段binlog来理解。
理解逻辑日志
这里一大段的操作，都是为了查看binlog文件里边存储的是什么内容，熟悉的读者可以直接略过。
执行命令，写入新binlog文件，不让之前的逻辑影响。
执行一次flush logs命令行，就会在data目录下新增一个mysql-bin.00000x文件
## 登陆MySQL命令行
mysql -uroot -p
## 刷新binlog
flush logs;
## 确认刷新binlog成功
show master status;
## 查询binlog日志位置
show variables like'log_bin%';
测试数据
## 创建表
CREATE TABLE `User` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`name` varchar(10) CHARACTER SET gb2312 COLLATE gb2312_chinese_ci NOT NULL,
`age` int(11) UNSIGNED NOT NULL,
PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 1 CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_bin ROW_FORMAT = Compact;
## 新增
INSERT `User` VALUES("1", "张三", 18);
INSERT `User` VALUES("2", "李四", 20);
## 修改
DELETE FROM `User` WHERE id = 1;
翻译binlog二进制文件
sudo /usr/local/mysql/bin/mysqlbinlog --base64-output=DECODE-ROWS -v mysql-bin.000006 > mysqlbin.sql
这是翻译出来的sql文件，是因为我在mysqlbinlog -v参数加工而成的。
由此可知，逻辑日志里边就是记录着sql语句，通过sql语句记录着逻辑的变化，比如insert, update等动作，但不是记录具体数据，那个由物理日志完成。
与redo log的区别
redo log是innoDB引擎特有的；binlog是MySQL的Server层实现的，所有引擎都能使用； redo log是循环写的，空间固定会用完；binlog是追加写入的。“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。
binlog写入策略
通过与redo log的区别，我们知道，binlog是追加写入的，所以与redo log写入相比，没有擦除的概念。那么，还有一些什么样的其他的区别呢？
binlog的写入逻辑比较简单：事务执行过程中，先把日志写到binlog cahce，事务提交的时候，再把binlog cache写到binlog文件中（落盘）。
从上图可以看到，每个线程都有自己的binlog cache，但是共用同一份binlog文件。
图中的write，指的就是把日志写入到数据库系统的page cache，并没有把数据持久化到磁盘，所有速度很快；
图中的fsync，才是将数据持久化到磁盘的操作。
write 和 fsync 的时机，是由参数 sync_binlog 控制的：
sync_binlog=0 的时候，表示每次提交事务都只 write，不 fsync；
sync_binlog=1 的时候，表示每次提交事务都会执行 fsync；
sync_binlog=N(N>1) 的时候，表示每次提交事务都 write，但累积 N 个事务后才 fsync。
因此，在出现 IO 瓶颈的场景里，将 sync_binlog 设置成一个比较大的值，可以提升性能。在实际的业务场景中，考虑到丢失日志量的可控性，一般不建议将这个参数设成 0，比较常见的是将其设置为 100~1000 中的某个数值。
但是，将 sync_binlog 设置为 N，对应的风险是：如果主机发生异常重启，会丢失最近 N 个事务的 binlog 日志。
引用《极客时间MySQL45讲》
浅谈两阶段提交
这里讲的两阶段提交，就是纯粹的指redo log和binlog日志的两阶段提交。
而两阶段提交的目的就是让redo log和binlog两个日志逻辑上一致。
如果redo log持久化并进行了提交，而binlog未持久化数据库就crash了，则从库从binlog拉取数据会少于主库，造成不一致。因此需要内部事务来保证两种日志的一致性。
两阶段提交步骤
将语句执行 记录redo log，并将记录状态设置为prepare 通知Server，已经修改好了，可以提交事务了 将更新的内容写入binlog commit，提交事务 将redo log里这个事务相关的记录状态设置为commited
prepare： redolog写入log buffer，并fsync持久化到磁盘，在redolog事务中记录2PC的XID，在redolog事务打上prepare标识
commit： binlog写入log buffer，并fsync持久化到磁盘，在binlog事务中记录2PC的XID，同时在redolog事务打上commit标识 其中，prepare和commit阶段所提到的“事务”，都是指内部XA事务，即2PC
恢复步骤
redolog中的事务如果经历了二阶段提交中的prepare阶段，则会打上prepare标识，如果经历commit阶段，则会打上commit标识（此时redolog和binlog均已落盘）。
按顺序扫描redolog，如果redolog中的事务既有prepare标识，又有commit标识，就直接提交（复制redolog disk中的数据页到磁盘数据页） 如果redolog事务只有prepare标识，没有commit标识，则说明当前事务在commit阶段crash了，binlog中当前事务是否完整未可知，此时拿着redolog中当前事务的XID（redolog和binlog中事务落盘的标识），去查看binlog中是否存在此XID 如果binlog中有当前事务的XID，则提交事务（复制redolog disk中的数据页到磁盘数据页） 如果binlog中没有当前事务的XID，则回滚事务（使用undolog来删除redolog中的对应事务）
可以将mysql redolog和binlog二阶段提交和广义上的二阶段提交进行对比，广义上的二阶段提交，若某个参与者超时未收到协调者的ack通知，则会进行回滚，回滚逻辑需要开发者在各个参与者中进行记录。mysql二阶段提交是通过xid进行恢复。