更新語(yǔ)句執(zhí)行過(guò)程

• 本文我們來(lái)看看一條更新語(yǔ)句的執(zhí)行流程又是怎樣的呢乳讥？
  看如下語(yǔ)句：

mysql> create table T(ID int primary key, c int);

• 如果要將 ID=2 這一行的值加 1，SQL 語(yǔ)句就會(huì)這么寫(xiě)：

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

• 前面聊了查詢語(yǔ)句的那一套流程，更新語(yǔ)句也是同樣會(huì)走一遍谈况。

MySQL邏輯架構(gòu)圖

• 你執(zhí)行語(yǔ)句前要先連接數(shù)據(jù)庫(kù)嫩海，這是連接器的工作。
• 前面我們說(shuō)過(guò)谣拣，在一個(gè)表上有更新的時(shí)候募寨，跟這個(gè)表有關(guān)的查詢緩存會(huì)失效，所以這條語(yǔ)句就會(huì)把表 T 上所有緩存結(jié)果都清空森缠。這也就是我們一般不建議使用查詢緩存的原因拔鹰。
• 接下來(lái)，分析器會(huì)通過(guò)詞法和語(yǔ)法解析知道這是一條更新語(yǔ)句贵涵。優(yōu)化器決定要使用 ID 這個(gè)索引列肢。然后，執(zhí)行器負(fù)責(zé)具體執(zhí)行宾茂，找到這一行瓷马，然后更新。
• 與查詢流程不一樣的是跨晴，更新流程還涉及兩個(gè)重要的日志模塊欧聘，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）。如果接觸 MySQL端盆，那這兩個(gè)詞肯定是繞不過(guò)的怀骤，我后面的內(nèi)容里也會(huì)不斷地和你強(qiáng)調(diào)。不過(guò)話說(shuō)回來(lái)焕妙，redo log 和 binlog 在設(shè)計(jì)上有很多有意思的地方蒋伦，這些設(shè)計(jì)思路也可以用到你自己的程序里。

重要的日志模塊：redo log

• 如果有人要賒賬或者還賬的話访敌，老板一般有兩種做法：
  • 一種做法是直接把賬本翻出來(lái)凉敲，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寺旺，等打烊以后再把賬本翻出來(lái)核算爷抓。
• 在生意紅火柜臺(tái)很忙時(shí)，老板一定會(huì)選擇后者阻塑，因?yàn)榍罢卟僮鲗?shí)在是太麻煩了蓝撇。首先，你得找到這個(gè)人的賒賬總額那條記錄陈莽。你想想渤昌，密密麻麻幾十頁(yè)虽抄，老板要找到那個(gè)名字，可能還得帶上老花鏡慢慢找独柑，找到之后再拿出算盤(pán)計(jì)算迈窟，最后再將結(jié)果寫(xiě)回到賬本上。
• 這整個(gè)過(guò)程想想都麻煩忌栅。相比之下车酣，還是先在粉板上記一下方便。你想想索绪，如果沒(méi)有粉板的幫助湖员，每次記賬都得翻賬本，效率是不是低得讓人難以忍受瑞驱？
• 同樣娘摔，在 MySQL 里也有這個(gè)問(wèn)題，如果每一次的更新操作都需要寫(xiě)進(jìn)磁盤(pán)唤反，然后磁盤(pán)也要找到對(duì)應(yīng)的那條記錄凳寺，然后再更新，整個(gè)過(guò)程 IO 成本拴袭、查找成本都很高读第。為了解決這個(gè)問(wèn)題，MySQL 的設(shè)計(jì)者就用了類(lèi)似粉板的思路來(lái)提升更新效率拥刻。
• 而粉板和賬本配合的整個(gè)過(guò)程怜瞒，其實(shí)就是 MySQL 里經(jīng)常說(shuō)到的 WAL 技術(shù)，WAL 的全稱是 Write-Ahead Logging般哼，它的關(guān)鍵點(diǎn)就是先寫(xiě)日志吴汪，再寫(xiě)磁盤(pán)，也就是先寫(xiě)粉板蒸眠，等不忙的時(shí)候再寫(xiě)賬本漾橙。
• 具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)有一條記錄需要更新的時(shí)候楞卡，InnoDB 引擎就會(huì)先把記錄寫(xiě)到 redo log（粉板）里面霜运，并更新內(nèi)存，這個(gè)時(shí)候更新就算完成了蒋腮。同時(shí)淘捡，InnoDB 引擎會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，將這個(gè)操作記錄更新到磁盤(pán)里面池摧，而這個(gè)更新往往是在系統(tǒng)比較空閑的時(shí)候做焦除，這就像打烊以后老板做的事。
• 如果今天賒賬的不多作彤，老板可以等打烊后再整理膘魄。但如果某天賒賬的特別多乌逐，粉板寫(xiě)滿了，又怎么辦呢创葡？這個(gè)時(shí)候老板只好放下手中的活兒浙踢，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灿渴，為記新賬騰出空間成黄。
• 與此類(lèi)似，InnoDB 的 redo log 是固定大小的逻杖，比如可以配置為一組 4 個(gè)文件，每個(gè)文件的大小是 1GB思瘟，那么這塊“粉板”總共就可以記錄 4GB 的操作荸百。從頭開(kāi)始寫(xiě)，寫(xiě)到末尾就又回到開(kāi)頭循環(huán)寫(xiě)滨攻，如下面這個(gè)圖所示够话。

redo log示意圖

• write pos 是當(dāng)前記錄的位置，一邊寫(xiě)一邊后移光绕，寫(xiě)到第 3 號(hào)文件末尾后就回到 0 號(hào)文件開(kāi)頭女嘲。checkpoint 是當(dāng)前要擦除的位置，也是往后推移并且循環(huán)的诞帐，擦除記錄前要把記錄更新到數(shù)據(jù)文件欣尼。
• write pos 和 checkpoint 之間的是“粉板”上還空著的部分，可以用來(lái)記錄新的操作停蕉。如果 write pos 追上 checkpoint愕鼓，表示“粉板”滿了，這時(shí)候不能再執(zhí)行新的更新慧起，得停下來(lái)先擦掉一些記錄菇晃，把 checkpoint 推進(jìn)一下。
• 有了 redo log蚓挤，InnoDB 就可以保證即使數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生異常重啟磺送，之前提交的記錄都不會(huì)丟失，這個(gè)能力稱為 crash-safe灿意。
• 要理解 crash-safe 這個(gè)概念估灿，可以想想我們前面賒賬記錄的例子。只要賒賬記錄記在了粉板上或?qū)懺诹速~本上脾歧，之后即使老板忘記了甲捏，比如突然停業(yè)幾天，恢復(fù)生意后依然可以通過(guò)賬本和粉板上的數(shù)據(jù)明確賒賬賬目鞭执。

重要的日志模塊：binlog

• 前面我們講過(guò)司顿，MySQL 整體來(lái)看芒粹，其實(shí)就有兩塊：一塊是 Server 層，它主要做的是 MySQL 功能層面的事情大溜；還有一塊是引擎層化漆，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)相關(guān)的具體事宜。上面我們聊到的粉板 redo log 是 InnoDB 引擎特有的日志钦奋，而 Server 層也有自己的日志座云，稱為 binlog（歸檔日志）。
• 為什么會(huì)有兩份日志呢付材？
• 因?yàn)樽铋_(kāi)始 MySQL 里并沒(méi)有 InnoDB 引擎朦拖。MySQL 自帶的引擎是 MyISAM，但是 MyISAM 沒(méi)有 crash-safe 的能力厌衔，binlog 日志只能用于歸檔璧帝。而 InnoDB 是另一個(gè)公司以插件形式引入 MySQL 的，既然只依靠 binlog 是沒(méi)有 crash-safe 能力的富寿，所以 InnoDB 使用另外一套日志系統(tǒng)——也就是 redo log 來(lái)實(shí)現(xiàn) crash-safe 能力睬隶，有以下幾點(diǎn)不同：
  1. redo log 是 InnoDB 引擎特有的；binlog 是 MySQL 的 Server 層實(shí)現(xiàn)的页徐，所有引擎都可以使用苏潜。
  2. redo log 是物理日志，記錄的是“在某個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)上做了什么修改”变勇；binlog 是邏輯日志恤左，記錄的是這個(gè)語(yǔ)句的原始邏輯，比如“給 ID=2 這一行的 c 字段加 1 ”搀绣。
  3. redo log 是循環(huán)寫(xiě)的赃梧，空間固定會(huì)用完；binlog 是可以追加寫(xiě)入的豌熄∈卩郑“追加寫(xiě)”是指 binlog 文件寫(xiě)到一定大小后會(huì)切換到下一個(gè)，并不會(huì)覆蓋以前的日志锣险。
• 有了對(duì)這兩個(gè)日志的概念性理解蹄皱，我們?cè)賮?lái)看執(zhí)行器和 InnoDB 引擎在執(zhí)行這個(gè)簡(jiǎn)單的 update 語(yǔ)句時(shí)的內(nèi)部流程。
  1. 執(zhí)行器先找引擎取 ID=2 這一行芯肤。ID 是主鍵巷折，引擎直接用樹(shù)搜索找到這一行。如果 ID=2 這一行所在的數(shù)據(jù)頁(yè)本來(lái)就在內(nèi)存中崖咨，就直接返回給執(zhí)行器锻拘；否則，需要先從磁盤(pán)讀入內(nèi)存，然后再返回署拟。
  2. 執(zhí)行器拿到引擎給的行數(shù)據(jù)婉宰，把這個(gè)值加上 1，比如原來(lái)是 N推穷，現(xiàn)在就是 N+1心包，得到新的一行數(shù)據(jù)，再調(diào)用引擎接口寫(xiě)入這行新數(shù)據(jù)馒铃。
  3. 引擎將這行新數(shù)據(jù)更新到內(nèi)存中蟹腾，同時(shí)將這個(gè)更新操作記錄到 redo log 里面，此時(shí) redo log 處于 prepare 狀態(tài)区宇。然后告知執(zhí)行器執(zhí)行完成了娃殖，隨時(shí)可以提交事務(wù)。
  4. 執(zhí)行器生成這個(gè)操作的 binlog议谷，并把 binlog 寫(xiě)入磁盤(pán)珊随。
  5. 執(zhí)行器調(diào)用引擎的提交事務(wù)接口，引擎把剛剛寫(xiě)入的 redo log 改成提交（commit）狀態(tài)柿隙，更新完成。
• 這里給出這個(gè) update 語(yǔ)句的執(zhí)行流程圖鲫凶，圖中淺色框表示是在 InnoDB 內(nèi)部執(zhí)行的禀崖，深色框表示是在執(zhí)行器中執(zhí)行的。

update語(yǔ)句執(zhí)行流程

• 你可能注意到了螟炫，最后三步看上去有點(diǎn)“繞”波附，將 redo log 的寫(xiě)入拆成了兩個(gè)步驟：prepare 和 commit，這就是"兩階段提交"昼钻。

兩階段提交

• 為什么必須有“兩階段提交”呢掸屡？這是為了讓兩份日志之間的邏輯一致。要說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題然评，我們思考一個(gè)問(wèn)題：怎樣讓數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到半個(gè)月內(nèi)任意一秒的狀態(tài)仅财？
• 前面我們說(shuō)過(guò)了，binlog 會(huì)記錄所有的邏輯操作碗淌，并且是采用“追加寫(xiě)”的形式盏求。如果你的 DBA 承諾說(shuō)半個(gè)月內(nèi)可以恢復(fù)，那么備份系統(tǒng)中一定會(huì)保存最近半個(gè)月的所有 binlog亿眠，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)定期做整庫(kù)備份碎罚。這里的“定期”取決于系統(tǒng)的重要性，可以是一天一備纳像，也可以是一周一備荆烈。
• 當(dāng)需要恢復(fù)到指定的某一秒時(shí)，比如某天下午兩點(diǎn)發(fā)現(xiàn)中午十二點(diǎn)有一次誤刪表竟趾，需要找回?cái)?shù)據(jù)憔购，那你可以這么做：
  • 首先宫峦，找到最近的一次全量備份，如果你運(yùn)氣好倦始，可能就是昨天晚上的一個(gè)備份斗遏，從這個(gè)備份恢復(fù)到臨時(shí)庫(kù)；
  • 然后鞋邑，從備份的時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始诵次，將備份的 binlog 依次取出來(lái)，重放到中午誤刪表之前的那個(gè)時(shí)刻枚碗。
• 這樣你的臨時(shí)庫(kù)就跟誤刪之前的線上庫(kù)一樣了逾一，然后你可以把表數(shù)據(jù)從臨時(shí)庫(kù)取出來(lái)，按需要恢復(fù)到線上庫(kù)去肮雨。
• 好了遵堵，說(shuō)完了數(shù)據(jù)恢復(fù)過(guò)程，我們回來(lái)說(shuō)說(shuō)怨规，為什么日志需要“兩階段提交”陌宿。這里不妨用反證法來(lái)進(jìn)行解釋。
• 由于 redo log 和 binlog 是兩個(gè)獨(dú)立的邏輯波丰，如果不用兩階段提交壳坪，要么就是先寫(xiě)完 redo log 再寫(xiě) binlog，或者采用反過(guò)來(lái)的順序掰烟。我們看看這兩種方式會(huì)有什么問(wèn)題爽蝴。
• 仍然用前面的 update 語(yǔ)句來(lái)做例子。假設(shè)當(dāng)前 ID=2 的行纫骑，字段 c 的值是 0蝎亚，再假設(shè)執(zhí)行 update 語(yǔ)句過(guò)程中在寫(xiě)完第一個(gè)日志后，第二個(gè)日志還沒(méi)有寫(xiě)完期間發(fā)生了 crash先馆，會(huì)出現(xiàn)什么情況呢发框？
  1. 先寫(xiě) redo log 后寫(xiě) binlog。假設(shè)在 redo log 寫(xiě)完煤墙，binlog 還沒(méi)有寫(xiě)完的時(shí)候缤底，MySQL 進(jìn)程異常重啟。由于我們前面說(shuō)過(guò)的番捂，redo log 寫(xiě)完之后个唧，系統(tǒng)即使崩潰，仍然能夠把數(shù)據(jù)恢復(fù)回來(lái)设预，所以恢復(fù)后這一行 c 的值是 1徙歼。
     但是由于 binlog 沒(méi)寫(xiě)完就 crash 了，這時(shí)候 binlog 里面就沒(méi)有記錄這個(gè)語(yǔ)句。因此魄梯，之后備份日志的時(shí)候桨螺，存起來(lái)的 binlog 里面就沒(méi)有這條語(yǔ)句。
     然后你會(huì)發(fā)現(xiàn)酿秸，如果需要用這個(gè) binlog 來(lái)恢復(fù)臨時(shí)庫(kù)的話灭翔，由于這個(gè)語(yǔ)句的 binlog 丟失，這個(gè)臨時(shí)庫(kù)就會(huì)少了這一次更新辣苏，恢復(fù)出來(lái)的這一行 c 的值就是 0肝箱，與原庫(kù)的值不同。
  2. 先寫(xiě) binlog 后寫(xiě) redo log稀蟋。如果在 binlog 寫(xiě)完之后 crash煌张，由于 redo log 還沒(méi)寫(xiě)，崩潰恢復(fù)以后這個(gè)事務(wù)無(wú)效退客，所以這一行 c 的值是 0骏融。但是 binlog 里面已經(jīng)記錄了“把 c 從 0 改成 1”這個(gè)日志。所以萌狂，在之后用 binlog 來(lái)恢復(fù)的時(shí)候就多了一個(gè)事務(wù)出來(lái)档玻，恢復(fù)出來(lái)的這一行 c 的值就是 1，與原庫(kù)的值不同茫藏。
• 可以看到误趴，如果不使用“兩階段提交”，那么數(shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài)就有可能和用它的日志恢復(fù)出來(lái)的庫(kù)的狀態(tài)不一致刷允。
• 不只是誤操作后需要用這個(gè)過(guò)程來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)。當(dāng)你需要擴(kuò)容的時(shí)候碧囊，也就是需要再多搭建一些備庫(kù)來(lái)增加系統(tǒng)的讀能力的時(shí)候树灶，現(xiàn)在常見(jiàn)的做法也是用全量備份加上應(yīng)用 binlog 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)“不一致”就會(huì)導(dǎo)致你的線上出現(xiàn)主從數(shù)據(jù)庫(kù)不一致的情況糯而。
• 簡(jiǎn)單說(shuō)天通，redo log 和 binlog 都可以用于表示事務(wù)的提交狀態(tài)，而兩階段提交就是讓這兩個(gè)狀態(tài)保持邏輯上的一致熄驼。

小結(jié)

• 本文介紹了 MySQL 里面最重要的兩個(gè)日志像寒，即物理日志 redo log 和邏輯日志 binlog。
• redo log 用于保證 crash-safe 能力瓜贾。innodb_flush_log_at_trx_commit 這個(gè)參數(shù)設(shè)置成 1 的時(shí)候诺祸，表示每次事務(wù)的 redo log 都直接持久化到磁盤(pán)。這個(gè)參數(shù)我建議你設(shè)置成 1祭芦，這樣可以保證 MySQL 異常重啟之后數(shù)據(jù)不丟失筷笨。
• sync_binlog 這個(gè)參數(shù)設(shè)置成 1 的時(shí)候，表示每次事務(wù)的 binlog 都持久化到磁盤(pán)。這個(gè)參數(shù)我也建議你設(shè)置成 1胃夏，這樣可以保證 MySQL 異常重啟之后 binlog 不丟失轴或。
• 還介紹了與 MySQL 日志系統(tǒng)密切相關(guān)的“兩階段提交”。兩階段提交是跨系統(tǒng)維持?jǐn)?shù)據(jù)邏輯一致性時(shí)常用的一個(gè)方案仰禀，即使你不做數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)核開(kāi)發(fā)照雁，日常開(kāi)發(fā)中也有可能會(huì)用到。