MySQL基本架構圖

你可能聽DBA說過鳖枕，MySQL 可以恢復到半個月內(nèi)任意一秒的狀態(tài)魄梯，驚嘆的同時，你是不是心中也會不免會好奇耕魄，這是怎樣做到的呢画恰？

本文會帶你探討這個問題，不過開始之前吸奴，我們需要先了解：一條更新語句的執(zhí)行流程是怎樣的允扇。

我們以一條SQL更新語句為例：

mysql> update T set c=c+1 where ID=2;

首先，可以確定的說则奥，查詢語句的那一套流程考润，更新語句也是同樣會走一遍。

執(zhí)行更新語句前要先連接數(shù)據(jù)庫读处，這是連接器的工作糊治。

前面我們說過，在一個表上有更新的時候罚舱，跟這個表有關的查詢緩存會失效井辜，所以這條語句就會把表 T 上所有緩存結果都清空。這也就是我們一般不建議使用查詢緩存的原因管闷。

接下來粥脚，分析器會通過詞法和語法解析知道這是一條更新語句。優(yōu)化器決定要使用 ID 這個索引包个。然后刷允，執(zhí)行器負責具體執(zhí)行，找到這一行，然后更新树灶。

與查詢流程不一樣的是纤怒，更新流程還涉及兩個重要的日志模塊，它們正是我們今天要討論的主角：redo log（重做日志）和 binlog（歸檔日志）天通。

重要的日志模塊：redo log

不知道你還記不記得《孔乙己》這篇文章泊窘，酒店掌柜有一個粉板，專門用來記錄客人的賒賬記錄土砂。如果賒賬的人不多州既，那么他可以把顧客名和賬目寫在板上。但如果賒賬的人多了萝映，粉板總會有記不下的時候吴叶，這個時候掌柜還有一個專門記錄賒賬的賬本。

如果有人要賒賬或者還賬的話序臂，掌柜一般有兩種做法：

• 一種做法是直接把賬本翻出來蚌卤，把這次賒的賬加上去或者扣除掉；
• 另一種做法是先在粉板上記下這次的賬奥秆，等打烊以后再把賬本翻出來核算逊彭。

在生意紅火柜臺很忙時，掌柜一定會選擇后者构订，因為前者需要在密密麻麻的賬本里找賒賬記錄侮叮，還要打著算盤做計算，操作實在是太麻煩了悼瘾。

同樣囊榜，在 MySQL 里也有這個問題，如果每一次的更新操作都需要寫進磁盤亥宿，然后磁盤也要找到對應的那條記錄卸勺，然后再更新，整個過程 IO 成本烫扼、查找成本都很高曙求。為了解決這個問題，MySQL 的設計者就用了類似酒店掌柜粉板的思路來提升更新效率映企。

而粉板和賬本配合的整個過程悟狱，其實就是 MySQL 里經(jīng)常說到的 WAL 技術，WAL 的全稱是 Write-Ahead Logging堰氓，它的關鍵點就是先寫日志挤渐，再寫磁盤，也就是先寫粉板豆赏，等不忙的時候再寫賬本。

具體來說，當有一條記錄需要更新的時候掷邦，InnoDB 引擎就會先把記錄寫到 redo log（粉板）里面白胀，并更新內(nèi)存，這個時候更新就算完成了抚岗。同時或杠，InnoDB 引擎會在適當?shù)臅r候，將這個操作記錄更新到磁盤里面宣蔚，而這個更新往往是在系統(tǒng)比較空閑的時候做向抢，這就像打烊以后掌柜做的事。

如果今天賒賬的不多胚委，掌柜可以等打烊后再整理挟鸠。但如果某天賒賬的特別多，粉板寫滿了亩冬，這個時候掌柜只好放下手中的活兒艘希，把粉板中的一部分賒賬記錄更新到賬本中，然后把這些記錄從粉板上擦掉硅急，為記新賬騰出空間覆享。

write pos 是當前記錄的位置客扎，一邊寫一邊后移，寫到第 3 號文件末尾后就回到 0 號文件開頭罚斗。checkpoint 是當前要擦除的位置徙鱼，也是往后推移并且循環(huán)的，擦除記錄前要把記錄更新到數(shù)據(jù)文件针姿。

write pos 和 checkpoint 之間的是“粉板”上還空著的部分袱吆，可以用來記錄新的操作。如果 write pos 追上 checkpoint距淫，表示“粉板”滿了绞绒，這時候不能再執(zhí)行新的更新，得停下來先擦掉一些記錄榕暇，把 checkpoint 推進一下蓬衡。

有了 redo log喻杈，InnoDB 就可以保證即使數(shù)據(jù)庫發(fā)生異常重啟，之前提交的記錄都不會丟失狰晚，這個能力稱為 crash-safe筒饰。

要理解 crash-safe 這個概念，可以想想我們前面賒賬記錄的例子壁晒。只要賒賬記錄記在了粉板上或寫在了賬本上瓷们，之后即使掌柜忘記了，比如突然停業(yè)幾天秒咐，恢復生意后依然可以通過賬本和粉板上的數(shù)據(jù)明確賒賬賬目谬晕。

重要的日志模塊：binlog

前面我們講過，MySQL 整體來看携取，其實就有兩塊：一塊是 Server 層攒钳，它主要做的是 MySQL 功能層面的事情；還有一塊是引擎層歹茶，負責存儲相關的具體事宜夕玩。上面我們聊到的粉板 redo log 是 InnoDB 引擎特有的日志，而 Server 層也有自己的日志惊豺，稱為 binlog（歸檔日志）燎孟。

我想你肯定會問，為什么會有兩份日志呢尸昧？

因為最開始 MySQL 里并沒有 InnoDB 引擎揩页。MySQL 自帶的引擎是 MyISAM，但是 MyISAM 沒有 crash-safe 的能力烹俗，binlog 日志只能用于歸檔爆侣。而 InnoDB 是另一個公司以插件形式引入 MySQL 的，既然只依靠 binlog 是沒有 crash-safe 能力的幢妄，所以 InnoDB 使用另外一套日志系統(tǒng)——也就是 redo log 來實現(xiàn) crash-safe 能力兔仰。

這兩種日志有以下三點不同。

1. redo log 是 InnoDB 引擎特有的蕉鸳；binlog 是 MySQL 的 Server 層實現(xiàn)的乎赴，所有引擎都可以使用。
2. redo log 是物理日志潮尝，物理日志就是說 redo log 保存的是某一行數(shù)據(jù)修改之后的值榕吼，比如把ID=2這行的字段 c 的值由1改成2，redo log 記錄的就是這個2勉失；binlog 是邏輯日志羹蚣，記錄的是這個語句的原始邏輯，其中一種形式是記錄的原始sql語句乱凿，比如“update T set c = c +1 where ID = 2”顽素。
3. redo log 是循環(huán)寫的咽弦，空間固定會用完；binlog 是可以追加寫入的胁出±牖＃“追加寫”是指 binlog 文件寫到一定大小后會切換到下一個，并不會覆蓋以前的日志划鸽。

有了對這兩個日志的概念性理解，我們再來看執(zhí)行器和 InnoDB 引擎在執(zhí)行這個簡單的 update 語句時的內(nèi)部流程戚哎。

1. 執(zhí)行器先找引擎取 ID=2 這一行裸诽。ID 是主鍵，引擎直接用樹搜索找到這一行型凳。如果 ID=2 這一行所在的數(shù)據(jù)頁本來就在內(nèi)存中丈冬，就直接返回給執(zhí)行器；否則甘畅，需要先從磁盤讀入內(nèi)存埂蕊，然后再返回。
2. 執(zhí)行器拿到引擎給的行數(shù)據(jù)疏唾，把這個值加上 1蓄氧，比如原來是 N，現(xiàn)在就是 N+1槐脏，得到新的一行數(shù)據(jù)喉童，再調用引擎接口寫入這行新數(shù)據(jù)。
3. 引擎將這行新數(shù)據(jù)更新到內(nèi)存中顿天，同時將這個更新操作記錄到 redo log 里面堂氯，此時 redo log 處于 prepare 狀態(tài)。然后告知執(zhí)行器執(zhí)行完成了牌废，隨時可以提交事務咽白。
4. 執(zhí)行器生成這個操作的 binlog，并把 binlog 寫入磁盤鸟缕。
5. 執(zhí)行器調用引擎的提交事務接口晶框，引擎把剛剛寫入的 redo log 改成提交（commit）狀態(tài)，更新完成叁扫。

update更新語句執(zhí)行流程

你可能注意到了畴蒲，最后三步看上去有點“繞”，將 redo log 的寫入拆成了兩個步驟：prepare 和 commit对室，這就是"兩階段提交"模燥。

兩階段提交

為什么必須有“兩階段提交”呢咖祭？這是為了讓 redo log 與 binlog 兩份日志之間的邏輯一致。

要說明這個問題蔫骂，我們得從文章開頭的那個問題說起：怎樣讓數(shù)據(jù)庫恢復到半個月內(nèi)任意一秒的狀態(tài)?

前面我們說過了么翰，binlog 會記錄所有的邏輯操作，并且是采用“追加寫”的形式辽旋。如果你的 DBA 承諾說半個月內(nèi)可以恢復浩嫌，那么備份系統(tǒng)中一定會保存最近半個月的所有 binlog，同時系統(tǒng)會定期做整庫備份补胚。這里的“定期”取決于系統(tǒng)的重要性码耐，可以是一天一備，也可以是一周一備溶其。

當需要恢復到指定的某一秒時骚腥，比如某天下午兩點發(fā)現(xiàn)中午十二點有一次誤刪表，需要找回數(shù)據(jù)瓶逃，那你可以這么做：

• 首先束铭，找到最近的一次全量備份，如果你運氣好厢绝，可能就是昨天晚上的一個備份契沫，從這個備份恢復到臨時庫；
• 然后昔汉，從備份的時間點開始埠褪，將備份的 binlog 依次取出來，重放到中午誤刪表之前的那個時刻挤庇。

這樣你的臨時庫就跟誤刪之前的線上庫一樣了钞速，然后你可以把表數(shù)據(jù)從臨時庫取出來，按需要恢復到線上庫去嫡秕。

好了渴语，說完了數(shù)據(jù)恢復過程，我們回來說說昆咽，為什么日志需要“兩階段提交”驾凶。這里不妨用反證法來進行解釋。

由于 redo log 和 binlog 是兩個獨立的邏輯掷酗，如果不用兩階段提交调违，要么就是先寫完 redo log 再寫 binlog，或者采用反過來的順序泻轰。我們看看這兩種方式會有什么問題技肩。

仍然用前面的 update 語句來做例子。假設當前 ID=2 的行浮声，字段 c 的值是 0虚婿，再假設執(zhí)行 update 語句過程中在寫完第一個日志后旋奢，第二個日志還沒有寫完期間發(fā)生了 crash，會出現(xiàn)什么情況呢然痊？

1. 先寫 redo log 后寫 binlog至朗。假設在 redo log 寫完，binlog 還沒有寫完的時候剧浸，MySQL 進程異常重啟锹引。由于我們前面說過的，redo log 寫完之后唆香，系統(tǒng)即使崩潰粤蝎，仍然能夠把數(shù)據(jù)恢復回來，所以恢復后這一行 c 的值是 1袋马。但是由于 binlog 沒寫完就 crash 了，這時候 binlog 里面就沒有記錄這個語句秸应。因此虑凛，之后備份日志的時候，存起來的 binlog 里面就沒有這條語句软啼。然后你會發(fā)現(xiàn)桑谍，如果需要用這個 binlog 來恢復臨時庫的話，由于這個語句的 binlog 丟失祸挪，這個臨時庫就會少了這一次更新锣披，恢復出來的這一行 c 的值就是 0，與原庫的值不同贿条。
2. 先寫 binlog 后寫 redo log雹仿。如果在 binlog 寫完之后 crash，由于 redo log 還沒寫整以，崩潰恢復以后這個事務無效胧辽，所以這一行 c 的值是 0。但是 binlog 里面已經(jīng)記錄了“把 c 從 0 改成 1”這個日志公黑。所以邑商，在之后用 binlog 來恢復的時候就多了一個事務出來，恢復出來的這一行 c 的值就是 1凡蚜，與原庫的值不同人断。

可以看到，如果不使用“兩階段提交”朝蜘，那么數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)就有可能和用它的日志恢復出來的庫的狀態(tài)不一致恶迈。

因此，兩階段提交的流程是：

1. 完成 redo log 的寫入谱醇，處于 prepare 階段蝉绷。
2. 寫 binlog鸭廷。
3. 提交事務，處于 commit 狀態(tài)熔吗。

現(xiàn)在我們康康在各個階段數(shù)據(jù)庫異常崩潰時辆床，MySQL如何保證重啟恢復和備份恢復的邏輯一致：

1. 當在2之前崩潰時：
   • 重啟恢復：發(fā)現(xiàn)沒有 commit，回滾桅狠。
   • 備份恢復：沒有 binlog 讼载。
2. 當在3之前崩潰時：
   • 重啟恢復：雖沒有 commit，但滿足 prepare 和 binlog 完整中跌，所以重啟后會自動 commit咨堤。
   • 備份恢復：有 binlog。

你可以看到漩符，在兩階段提交的任何階段發(fā)生數(shù)據(jù)庫崩潰一喘，redo log 和 binlog 的邏輯狀態(tài)都能保持一致。

你可能會說嗜暴，這個概率是不是很低凸克，平時也沒有什么動不動就需要恢復臨時庫的場景呀？其實不是的闷沥，不只是誤操作后需要用這個過程來恢復數(shù)據(jù)萎战。當你需要擴容的時候，也就是需要再多搭建一些備庫來增加系統(tǒng)的讀能力的時候舆逃，現(xiàn)在常見的做法也是用全量備份加上應用 binlog 來實現(xiàn)的蚂维，這個“不一致”就會導致你的線上出現(xiàn)主從數(shù)據(jù)庫不一致的情況。

簡單說路狮，redo log 和 binlog 都可以用于表示事務的提交狀態(tài)虫啥，而兩階段提交就是讓這兩個狀態(tài)保持邏輯上的一致。

小結

本文介紹了MySQL更新語句的執(zhí)行過程奄妨，并重點介紹了redo log和binlog的作用以及兩階段提交的意義孝鹊。

• redo log：保證即使數(shù)據(jù)庫發(fā)生異常重啟，之前提交的記錄都不會丟失展蒂。
• binlog：可將數(shù)據(jù)內(nèi)容恢復到某個具體時刻又活。
• 兩階段提交：用于保證 redo log和 binlog 的邏輯一致性。

希望你對MySQL的 redo log和 binlog 有一個大致的了解锰悼。