MySQL系列：

MySQL（一）、InnoDB索引原理及优化

MySQL（二）、事务

MySQL（三）、锁

简介

MySQL中有六种日志文件：重做日志（redo log）、回滚日志（undo log）、二进制日志（binary log）、错误日志（error log）、慢查询日志（slow query log）、一般查询日志（general log），中继日志（relay log）。本篇主要介绍和事务相关的redo，undo，binlog这三种日志类型，帮助更好的理解MySQL中的事务操作。

Redo Log：https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-redo-log.html

重做日志（Redo Log）

介绍

当对数据做修改的时候，需要把数据页从磁盘读到buffer pool中，然后在buffer pool中进行修改，此时buffer pool中的数据页与磁盘上的数据页内容不一致，称buffer pool中的数据页为dirty page（脏页），如果此时发生非正常的数据库服务重启，这部分修改后的数据还在内存中，并没有持久化到磁盘文件中，就会导致数据丢失，于是就引入了redo log（重做日志），当buffer pool 中的数据页发生变更时，把相应修改记录到redo log中，当非正常重启数据库服务的时候，可以根据此文件的记录内容，重新应用到磁盘文件，保持数据一致。

同步到磁盘文件是随机IO，效率低；

记录日志是顺序IO，能够提升事务处理的速度；

redo log（重做日志） : 用于记录事务变化的日志，记录变化后的值，不管事务是否提交都会记录下来。是InnoDB 存储引擎级别的日志。

redo log包括两部分：一是内存中的日志缓冲(redo log buffer)，该部分日志是易失性的；二是磁盘上的重做日志文件(redo log file)，该部分日志是持久的。 

相关参数

innodb_log_files_in_group：redo log 文件的个数。命名方式如：ib_logfile0，iblogfile1... iblogfilen。默认2个，最大100个；

innodb_log_file_size：每个redo log文件大小，默认值为 5M。总的redo log文件最大值（innodb_log_files_in_group * innodb_log_file_size ）为512G；

innodb_log_group_home_dir：redo log 文件存放路径；

innodb_log_buffer_size：redo log buffer缓冲区大小，默认8M，可设置1-8M。

innodb_flush_log_at_trx_commit：redo log buffer 的刷新到磁盘的时机，三种配置0,1,2;

• 0：由master 线程周期性任务刷新（下面具体介绍）。

• 1：在事务 commit 时，fsync写入磁盘文件。

• 2：在事务 commit 时，将 redo log buffer写入到文件系统缓存（file system buffer），由系统内部来fsync到磁盘文件。如果数据库实例crash，不会丢失redo log，但是如果服务器crash，由于文件系统缓存还来不及fsync到磁盘文件，所以会丢失这一部分的数据。

存在形式

redo log文件是固定大小的，在上面提到有两个参数可以设置它的个数和每个的最大容量，命名方式为：ib_logfile0，iblogfile1... iblogfilen。按照序号从头开始写，写到末尾就又回到开头循环写。

注意：redo log file的大小对innodb的性能影响非常大，设置的越大，恢复的时候时间就会越长；设置的越小，就会导致在写redo log的时候循环切换redo log file。  

redo log以块为单位进行存储的，每个块占512字节，称为redo log block。（redo log buffer、file system buffer以及redo log file中，都是以512字节的块存储的），每个redo log block由3部分组成：日志块头、日志块尾和日志主体。其中日志块头占用12字节，日志块尾占用8字节，日志主体部分占用512-12-8=492字节。

日志块头包含四个部分：

• log_block_hdr_no：(4字节)该日志块在redo log buffer中的位置ID。

• log_block_hdr_data_len：(2字节)该log block中已记录的log大小。写满该log block时为0x200，表示512字节。

• log_block_first_rec_group：(2字节)该log block中第一个log的开始偏移位置。

• lock_block_checkpoint_no：(4字节)写入检查点信息的位置。

日志块尾只有一个部分： log_block_trl_no ，该值和块头的 log_block_hdr_no 相等；

日志主体的格式分为四个部分：

• redo_log_type：占用1个字节，表示redo log的日志类型。

• space：表示表空间的ID，采用压缩的方式后，占用的空间可能小于4字节。

• page_no：表示页的偏移量，同样是压缩过的。

• redo_log_body：表示每个重做日志的数据部分，恢复时会调用相应的函数进行解析。

例：insert语句和delete语句写入redo log的内容是不一样的：

持久化方式

redo log的持久化： 

在开启事务时就会产生redo log，但不是立刻写入到redo log文件内，而是先写入redo log buffer中（redo log buffer中未刷到磁盘的日志称为脏日志（dirty log）），然后再将 redo log buffer 中的数据根据下面的策略写入到磁盘中的redo log文件内：

• MySQL master 线程周期性任务：每秒一次，将 redo log buffer 刷新到磁盘(即使这个事务尚未提交)

• MySQL master 线程周期性任务：每10秒一次；

• redo log buffer size：缓冲区剩余空间（innodb_log_buffer_size参数）小于1/2时；

• redo log file：磁盘中的redo log文件大小已经达到设置的阈值（innodb_log_files_in_group * innodb_log_file_size 参数），触发 async/sync flush checkpoint，及时将一些脏页刷新到磁盘数据页，并同时将redo log buffer刷新到redo log，然后更新redo log file 相应的 log sequence number值；

脏数据的持久化：

内存中(buffer pool)未刷到磁盘的数据称为脏数据（dirty data），内存中的脏数据页也需要持久化到磁盘内。由于数据和日志都以页的形式存在，所以脏页表示脏数据和脏日志。
在innodb中，数据刷盘的规则只有一个：检查点（checkpoint）。但是触发checkpoint的情况却有几种。不管怎样，checkpoint触发后，会将内存中脏数据页和脏日志页都刷到磁盘。
innodb存储引擎中checkpoint分为两种：

• sharp checkpoint：在重用redo log文件(例如切换日志文件)的时候，将所有已记录到redo log中对应的脏数据刷到磁盘；

• fuzzy checkpoint：一次只刷一小部分的日志到磁盘，而非将所有脏日志刷盘。有以下几种情况会触发该检查点：

• master thread checkpoint：由master线程控制，每秒或每10秒刷入一定比例的脏页到磁盘。

• flush_lru_list checkpoint：从MySQL5.6开始可通过 innodb_page_cleaners 变量指定专门负责脏页刷盘的page cleaner线程的个数，该线程的目的是为了保证LRU列表有可用的空闲页。

• async/sync flush checkpoint：同步刷盘还是异步刷盘。例如还有非常多的脏页没刷到磁盘(非常多是多少，有比例控制)，这时会选择同步刷到磁盘，但这很少出现；如果脏页不是很多，可以选择异步刷到磁盘，如果脏页很少，可以暂时不刷脏页到磁盘

• dirty page too much checkpoint：脏页太多时强制触发检查点，目的是为了保证缓存有足够的空闲空间。too much的比例由变量innodb_max_dirty_pages_pct 控制，MySQL 5.6默认的值为75，即当脏页占缓冲池的75%后，就强制刷一部分脏页到磁盘。由于刷脏页需要一定的时间来完成，所以记录检查点的位置是在每次刷盘结束之后才在redo log中标记的。

MySQL停止时是否将脏数据和脏日志刷入磁盘，由变量 innodb_fast_shutdown 控制，默认值为1：

• 设置为0：会做清除脏页和插入缓冲区的合并操作，也会将脏页全部刷新到磁盘上面去，但是这个时候关闭的速度也是最慢的，但是restart的时候也是最快的；

• 设置为1：关闭MySQL的时候不会做清除脏页和插入缓冲区的合并操作，只会将脏页刷新到磁盘；

• 设置为2：不会做清除脏页和插入缓冲区的合并操作，也不会将脏页刷新到磁盘，但是会刷新到redo log里面，再下次启动mysql的时候恢复；

回滚日志（Undo Log）

介绍

在数据修改的时候，不仅记录了redo，还记录了相对应的undo，如果因为某些原因导致事务失败或回滚了，可以借助该undo进行回滚。

undo log和redo log记录物理日志不一样，它是逻辑日志：当delete一条记录时，undo log中会记录一条对应的insert记录，反之亦然，当update一条记录时，它记录一条对应相反的update记录。

当执行rollback时，就可以从undo log中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。有时候应用到行版本控制的时候，也是通过undo log来实现的：当读取的某一行被其他事务锁定时，它可以从undo log中分析出该行记录以前的数据是什么，从而提供该行版本信息，让用户实现非锁定一致性读取。

Undo Log（回滚日志）： 记录事务开始前的状态，用于事务失败时的回滚操作以及提供多版本并发控制（MVCC）下的非锁定读。undo log也会产生redo log，因为undo log也要实现持久性保护。

Undo Log：https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-undo-logs.html

更新删除

事务提交的时候，InnoDB不会立即删除undo log，因为后续还可能会用到undo log，如隔离级别为repeatable read时，事务读取的都是开启事务时的最新提交行版本，只要该事务不结束，该行版本就不能删除，即undo log不能删除。但是在事务提交的时候，会将该事务对应的undo log放入到删除列表中，之后通过purge线程来删除。

undo中纪录的更新删除：

• delete：不会直接删除，而是将delete对象标记delete flag为删除，最终由purge线程完成删除操作。

• update：

• 更新键为主键：先删除新纪录，再插入原纪录；

• 更新键为非主键：在undo log中反向记录update命令；

例： 

如上图：事务中插入一条{1,'A'}的数据，更新该id的值为B，然后更新该值为C，会进行下面的操作：

1. id=1的数据第一次插入，因为insert时，原始的数据并不存在，所以回滚时把insert undo log丢弃即可；

2. 更新数据时，用排他锁锁定该行；

3. 记录redo log；

4. 把该行修改前的值Copy到undo log，即纪录原纪录{1,'A'}的逻辑日志；

5. 修改当前行的值，填写事务编号，使该行纪录的回滚指针指向undo log中的修改前的行（{1,'A'}的undo日志行）；

6. 更新数据为{1，‘C’}时与更新{1，‘B’}相同，更新完成后此时undo log中有有两行记录（{1,'B'}-->{1,'A'}），并且通过回滚指针连在一起。因此，如果undo log一直不清除，则会通过当前记录的回滚指针回溯到该行创建时的初始内容，所幸的时在Innodb中存在purge线程，它会查询那些比现在最老的活动事务还早的undo log，并删除它们，从而保证undo log文件不至于无限增长。

相关参数

innodb_undo_tablespaces：设置undo独立表空间个数，范围为0-128， 默认为0，0表示表示不开启独立undo表空间 且 undo日志存储在.ibdata文件中。该参数只能在最开始初始化MySQL实例的时候指定，如果实例已创建，这个参数是不能变动的，如果设置了该参数为n（n>0），那么就会在undo目录下创建n个undo文件（undo001，undo002 ...... undo n），每个文件默认大小为10M。 

innodb_max_undo_log_size：控制最大undo tablespace文件的大小，当启动了innodb_undo_log_truncate 时，undo tablespace 超过innodb_max_undo_log_size 阈值时才会去尝试truncate。该值默认大小为1G，truncate后的大小默认为10M。

innodb_undo_log_truncate：InnoDB的purge线程根据此参数开启状态、innodb_max_undo_log_size的参数值，以及truncate的频率来进行空间回收和 undo file 的重新初始化。（该参数生效的前提是，已设置独立表空间且独立表空间个数大于等于2个）。

innodb_purge_rseg_truncate_frequency：用于控制purge回滚段的频度，默认为128。假设设置为n，则说明，当Innodb Purge操作的协调线程 purge事务n次时，就会触发一次History purge，检查当前的undo log 表空间状态是否会触发truncate。

innodb_rollback_segments：回滚段的数量，默认128；

当数据库写压力较大时，可以设置独立undo表空间（innodb_undo_tablespaces），把undo log从.ibdata文件中分离开来，指定 innodb_undo_directory目录存放，可以指定到更高速的存储介质上，加快undo log的读写性能。 

存在形式

InnoDB存储引擎对undo的管理采用段的方式。rollback segment称为回滚段，每个回滚段中有1024个undo log segment。

默认支持128个rollback segment，即支持128*1024个undo操作，可以通过变量 innodb_rollback_segments 自定义回滚段的数量。

回滚段（rollback segment）分配如下：

• slot 0 ，预留给系统表空间；

• slot 1~32，预留给临时表空间，每次数据库重启的时候，都会重建临时表空间；

• slot 33~127，如果有独立表空间，则预留给UNDO独立表空间；如果没有，则预留给系统表空间；

回滚段中除去32个提供给临时表事务使用，剩下的 96个回滚段，可执行 96*1024 个并发事务操作，每个事务占用一个undo log segment。注意，如果事务中有临时表事务，还会在临时表空间中的rollback segment slot(1~32) 再占用一个undo log segment，即占用2个undo log segment。如果错误日志中有：Cannot find a free slot for an undo log. 表示并发的事务太多了，需要考虑下是否要分流业务。

二进制日志（Binlog）

介绍 

Binlog（二进制日志）：MySQL服务级别的日志，用于数据恢复 和 主从复制。

Binary Log：https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/binary-log.html

事务提交的时候，一次性将事务中的SQL语句按照配置的格式记录到binlog中。

在这一步中binlog与redo log的区别是redo log是在事务开始之后就开始逐步写入磁盘有多少条记录就有多少条redo log，而binlog是在事务提交后一次性记录事务的SQL语句。

binlog的默认是保持时间由参数 expire_logs_days 配置，也就是说对于非活动的日志文件，在生成时间超过 expire_logs_days 配置的天数之后，会被自动删除。

binary log的记录格式有3种：row，statement跟mixed，不同格式记录形式不一样。（在大数据实时同步场景下经常使用ROW模式配合maxwell或canal监控数据变更）

配置binlog

修改my.cfg(/etc/my.cnf)或my.ini后重启即可生效：

[mysqld]
#binlog日志名称前缀
log-bin=mysql-bin
#默认值未0，如果使用默认值则不能和从节点通信，这个值的区间是：1到(2^32)-1
server-id=1
#复制模式
binlog_format = ROW
 
###########################################################
#binlog路径
log_bin = var/lib/mysql/mysql-bin.log   
 
#日志过期时间，设置为0则永不过期
expire_logs_days = 7   
 
#超过max_binlog_size或超过6小时会切换到下一序号文件
max_binlog_size = 100M         
 
#日志缓冲大小,通过show status like 'binlog_%';查看调整写入磁盘的次数，写入磁盘为0最好
binlog_cache_size = 16M           
max_binlog_cache_size = 256M
 
#当slave从库宕机后，假如relay-log损坏了，
#导致一部分中继日志没有处理，则自动放弃所有未执行的relay-log，
#并且重新从master上获取日志，这样就保证了relay-log的完整性。
relay_log_recovery = 1            
 
#二进制日志（binary log）同步到磁盘的频率
sync_binlog  = 1 
 
#每次事务提交将日志缓冲区写入log file，并同时flush到磁盘。
innodb_flush_log_at_trx_commit = 1   

查看binlog日志

binlog日志有二种查看方式，具体如下：

1、mysql查看binlog

mysql> show binlog events;   #只查看第一个binlog文件的内容
 
mysql> show binlog events in 'mysql-bin.000001';#查看指定binlog文件的内容
 
mysql> show binary logs;  #获取binlog文件列表
 
mysql> show master status；#查看当前正在写入的binlog文件

2、使用mysqlbinlog工具

binlog是二进制存储的，我们可以使用一个查看mysql二进制日志的工具（mysqlbinlog）操作binlog日志文件，该工具默认的安装路径为：/usr/local/mysql/bin/mysqlbinlog。

#基于开始/结束时间
#--start-datetime 指定开始时间
#--stop-datetime 指定截止时间
#-d 选项，指定数据库名称
mysqlbinlog --start-datetime='2020-08-01 00:00:00' --stop-datetime='2020-08-17 12:00:00' -d wyk /var/lib/mysql/mysql-bin.000001
 
#-o 选项，o代表偏移offset，指定偏移量
mysqlbinlog -o 10 mysqld-bin.000001
 
#-j 从一个特定位置提取
mysqlbinlog -j 9527 mysqld-bin.000001 > from_id_9527.sql
 
#--stop-position 截止到一个特定位置的条目
mysqlbinlog --stop-position=9527 mysqld-bin.000001 > upto_id_9527.sql
 
#使用Linux重定向命令，将可读的输出文本存储到一个文件中
mysqlbinlog mysqld-bin.000001 > output.log
#也可以使用 -r选项将输出存储到一个文件中
mysqlbinlog -r output.sql mysqld-bin.000001

两阶段提交

MySQL通过2PC（两阶段提交）来完成事务的一致性，即redo log和binlog的一致性：redo log在事务执行的过程中不断记录事务操作的变化，redo log有prepare和commit两种状态（来保证binlog与relog 的一致性），事务操作完成并且binlog写入完成时，redo log会从prepare状态转变为commit 状态，若在事务过程中发生系统故障时，数据库会根据redo log状态（prepare状态）恢复到事务前的状态；若事务已成功提交但数据未更新，数据库会根据redo log（此时为commited状态）更新到事务完成后的状态。

（关于2PC，3PC，TCC 会在后面的篇章中有更详细的介绍）

总结

对比redo,undo, binlog： 

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