前面我們系統(tǒng)了解了一個(gè)查詢語句的執(zhí)行流程,并介紹了執(zhí)行過程中涉及的處理模塊.相信你還記得,一條查詢語句的執(zhí)行過程一般是經(jīng)過連接器,分析器,優(yōu)化器,執(zhí)行器等功能模塊,最后到達(dá)存儲(chǔ)引擎.
那么一條更新語句的執(zhí)行流程又是怎樣的呢?
之前你可能經(jīng)常聽DBA同事說,Mysql可以恢復(fù)到半個(gè)月內(nèi)任意一秒的狀態(tài),驚嘆的同時(shí),你是不是心中也會(huì)不免好奇,這是怎么做到的呢?
我們還是從一個(gè)表的一條更新語句說起,下面是這個(gè)表的創(chuàng)建語句,這個(gè)表有一個(gè)和主鍵id和一個(gè)整型字段c:
create table T(ID int primary key, c int);
如果腰系那個(gè)ID = 2 這一行的值加1,SQL語句就會(huì)這么寫:
update T set c = c+1 where id = 2;
前面跟你介紹過SQL語句基本的執(zhí)行鏈路,這里我再把那張圖拿過來,你也可以先簡單看看這個(gè)圖回顧一下.首先,可以確定的說,查詢語句的那一套流程,更新語句也是同樣會(huì)走一遍.
你執(zhí)行語句前要想連接數(shù)據(jù)庫,這是連接器的工作.
前面我們說過,在一個(gè)表上有更新的時(shí)候,跟這個(gè)表有關(guān)的查詢緩存會(huì)失效,所以這條語句就會(huì)把表T上所有緩存結(jié)果都清空.這也就是我們一般不建議使用查詢緩存的原因.
接下來,分析器會(huì)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(gè)索引.然后,執(zhí)行器負(fù)責(zé)具體執(zhí)行,找到這一行,然后更新.
與查詢流程不一樣的是,更新流程還涉及兩個(gè)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).如果接觸mysql,那這兩個(gè)詞肯定繞不過的,后面的內(nèi)容里也會(huì)不斷地和你強(qiáng)調(diào).不過話說回來,redo log和binlog在設(shè)計(jì)上有很多有意思地地方,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
不知道你還記不記得《孔乙己》這篇文章，酒店掌柜有一個(gè)粉板，專門用來記錄客人的賒賬記錄。如果賒賬的人不多，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，粉板總會(huì)有記不下的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候掌柜一定還有一個(gè)專門記錄賒賬的賬本。
如果有人要賒賬或者還賬的話，掌柜一般有兩種做法：
一種做法是直接把賬本翻出來，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，等打烊以后再把賬本翻出來核算。
在生意紅火柜臺(tái)很忙時(shí)，掌柜一定會(huì)選擇后者，因?yàn)榍罢卟僮鲗?shí)在是太麻煩了。首先，你得找到這個(gè)人的賒賬總額那條記錄。你想想，密密麻麻幾十頁，掌柜要找到那個(gè)名字，可能還得帶上老花鏡慢慢找，找到之后再拿出算盤計(jì)算，最后再將結(jié)果寫回到賬本上。
這整個(gè)過程想想都麻煩。相比之下，還是先在粉板上記一下方便。你想想，如果掌柜沒有粉板的幫助，每次記賬都得翻賬本，效率是不是低得讓人難以忍受？
同樣，在 MySQL 里也有這個(gè)問題，如果每一次的更新操作都需要寫進(jìn)磁盤，然后磁盤也要找到對應(yīng)的那條記錄，然后再更新，整個(gè)過程 IO 成本、查找成本都很高。為了解決這個(gè)問題，MySQL 的設(shè)計(jì)者就用了類似酒店掌柜粉板的思路來提升更新效率。
而粉板和賬本配合的整個(gè)過程，其實(shí)就是 MySQL 里經(jīng)常說到的 WAL 技術(shù)，WAL 的全稱是 Write-Ahead Logging，它的關(guān)鍵點(diǎn)就是先寫日志，再寫磁盤，也就是先寫粉板，等不忙的時(shí)候再寫賬本。
具體來說，當(dāng)有一條記錄需要更新的時(shí)候，InnoDB 引擎就會(huì)先把記錄寫到 redo log（粉板）里面，并更新內(nèi)存，這個(gè)時(shí)候更新就算完成了。同時(shí)，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里面，而這個(gè)更新往往是在系統(tǒng)比較空閑的時(shí)候做，這就像打烊以后掌柜做的事。
如果今天賒賬的不多，掌柜可以等打烊后再整理。但如果某天賒賬的特別多，粉板寫滿了，又怎么辦呢？這個(gè)時(shí)候掌柜只好放下手中的活兒，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，為記新賬騰出空間。
與此類似，InnoDB 的 redo log 是固定大小的，比如可以配置為一組 4 個(gè)文件，每個(gè)文件的大小是 1GB，那么這塊“粉板”總共就可以記錄 4GB 的操作。從頭開始寫，寫到末尾就又回到開頭循環(huán)寫，如下面這個(gè)圖所示。
write pos 是當(dāng)前記錄的位置，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。checkpoint 是當(dāng)前要擦除的位置，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。
write pos 和 checkpoint 之間的是“粉板”上還空著的部分，可以用來記錄新的操作。如果 write pos 追上 checkpoint，表示“粉板”滿了，這時(shí)候不能再執(zhí)行新的更新，得停下來先擦掉一些記錄，把 checkpoint 推進(jìn)一下。
有了 redo log，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(huì)丟失，這個(gè)能力稱為crash-safe。
要理解 crash-safe 這個(gè)概念，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，之后即使掌柜忘記了，比如突然停業(yè)幾天，恢復(fù)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。
重要的日志模塊:binlog
前面講過,mysql整體來看,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;還有一塊是引擎層,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,而Server層也有自己的日志,稱為binlog(歸檔日志).
我想你肯定會(huì)問,為什么會(huì)有兩份日志呢?
因?yàn)樽铋_始 MySQL 里并沒有 InnoDB 引擎。MySQL 自帶的引擎是 MyISAM，但是MyISAM 沒有 crash-safe 的能力，binlog 日志只能用于歸檔。而 InnoDB 是另一個(gè)公司以插件形式引入 MySQL 的，既然只依靠 binlog 是沒有 crash-safe 能力的，所以InnoDB 使用另外一套日志系統(tǒng)——也就是 redo log 來實(shí)現(xiàn) crash-safe 能力。
這兩種日志有以下三點(diǎn)不同。
1. redo log 是 InnoDB 引擎特有的；binlog 是 MySQL 的 Server 層實(shí)現(xiàn)的，所有引擎都可以使用。
2. redo log 是物理日志，記錄的是“在某個(gè)數(shù)據(jù)頁上做了什么修改”；binlog 是邏輯日志，記錄的是這個(gè)語句的原始邏輯，比如“給 ID=2 這一行的 c 字段加 1 ”。
3. redo log 是循環(huán)寫的，空間固定會(huì)用完；binlog 是可以追加寫入的。“追加寫”是指binlog 文件寫到一定大小后會(huì)切換到下一個(gè)，并不會(huì)覆蓋以前的日志。
有了對這兩個(gè)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(gè)簡單的update 語句時(shí)的內(nèi)部流程。
1.執(zhí)行器想找引擎取ID = 2 這一行,ID是主鍵,引擎直接用樹搜索找到這一行.如果ID = 2 這一行所在的數(shù)據(jù)頁本來就在內(nèi)存中,就直接返回給執(zhí)行器;否則需要先從磁盤讀入內(nèi)存,然后再返回.
2.執(zhí)行器拿到引擎給的行數(shù)據(jù),把這個(gè)值加上1,比如原來是N,現(xiàn)在就是N+1,得到新的一行數(shù)據(jù),再調(diào)用引擎接口寫入這行數(shù)據(jù).
3.引擎將這行數(shù)據(jù)更新到內(nèi)存中,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).然后告知執(zhí)行器執(zhí)行完成了,隨時(shí)可以提交事務(wù).
4.執(zhí)行器生成這個(gè)操作的binlog, 并把binlog寫入磁盤.
5.執(zhí)行器調(diào)用引擎的提交事務(wù)接口,引擎把剛剛寫入的redo log改成提交(commit)狀態(tài),更新完成.
這里我給出這個(gè)update語句的執(zhí)行流程圖,圖中淺色框便是是再在nnoDB內(nèi)部執(zhí)行的,深色框表示是在執(zhí)行器中執(zhí)行的.
你可能注意到,最后三步看上去有點(diǎn)繞,將redo log的寫入拆成了兩個(gè)步驟:prepare和commit,這就是兩階段提交.
兩階段提交
為什么必須有"兩階段提交"呢?這是為了讓兩份日志之間的邏輯一致.要說明這個(gè)問題,我們得從文章開頭得那個(gè)問題說起:怎么讓數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到半個(gè)月內(nèi)任意一秒的狀態(tài)?
前面我們說過了,binlog會(huì)記錄所有的邏輯操作,并且是采用"追加寫"的形式,如果你的DBA承諾說半個(gè)月可以恢復(fù),那么備份系統(tǒng)中移動(dòng)會(huì)保存最近半個(gè)月的所有binlog,同時(shí)系統(tǒng)會(huì)定期做整庫備份.這里的"定期"取決于系統(tǒng)的重要性,可以是一天一備,也可以是一周一備.
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)有一次誤傷表,需要找回?cái)?shù)據(jù),那你可以這么做:
首先,找到最近的一次全量備份,如果你運(yùn)氣好,可能就時(shí)昨天晚上的一個(gè)備份,從這個(gè)備份恢復(fù)到臨時(shí)庫;
然后,從備份的時(shí)間點(diǎn)開始,將備份的binlog依次取出來,重放到中午誤刪表之前的那個(gè)時(shí)刻.
這樣你的臨時(shí)庫就跟誤刪之前的線上庫一樣了,然后你可以把表數(shù)據(jù)從臨時(shí)庫取出來,按需要恢復(fù)到線上庫去.
好了,說完了數(shù)據(jù)恢復(fù)過程,我們回來說說,為什么日志需要兩階段提交.這里不妨用反證法來進(jìn)行解釋.
由于redo log 和binlog是兩個(gè)獨(dú)立的邏輯,如果不用兩階段提交,要么就是先寫完redo log再寫binlog,或者采用反過來的順序,我們看看這兩種方式會(huì)有什么問題.
仍然用前面的update語句來做例子,假設(shè)當(dāng)前ID = 2 的行,字段c的值是0,再假設(shè)執(zhí)行update語句過程中在寫完第一個(gè)日志后,第二個(gè)日志還沒有寫完期間發(fā)生了crash,會(huì)出現(xiàn)什么情況呢?
1.先寫redo log 后寫binlog.假設(shè)redo log寫完,binlog還沒有寫完的時(shí)候,mysql進(jìn)程異常重啟.由于我們前面說過的.redo log寫完之后,系統(tǒng)即使崩潰,仍然能夠把數(shù)據(jù)恢復(fù)回來,所以恢復(fù)后這一行c的值是1.
但是由于binlog沒寫完就crash了,這是后binlog里面就沒有記錄這個(gè)語句,因此,之后備份日志的時(shí)候,存起來的binlog里面就沒有這條語句.
然后你會(huì)發(fā)現(xiàn),如果需要用這個(gè)binlog來恢復(fù)臨時(shí)庫的話,由于這個(gè)語句的binlog丟失,這個(gè)臨時(shí)庫就會(huì)少了這一次更新,恢復(fù)出來的這一行c的值就是0,與原庫的值不同.
2.先寫binlog后寫redo log,如果在binlog寫完之后crash,由于redo log還沒寫完,崩潰付匯以后這個(gè)事務(wù)無效,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(gè)日志.所以,在之后用binlog來恢復(fù)的時(shí)候就多了一個(gè)事務(wù)出來,恢復(fù)出來的這一行c的值就是1,與原庫的值不同.
可以看到,如果不使用"兩階段提交",那么數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)就會(huì)可能和用它的日志恢復(fù)出來的庫的狀態(tài)不一致.
你可能會(huì)說,這個(gè)概率是不是很低,平時(shí)也沒有什么動(dòng)不動(dòng)就需要恢復(fù)臨時(shí)庫的場景呀?
其實(shí)不是的,不只是誤操作后需要用這個(gè)過程來恢復(fù)數(shù)據(jù),當(dāng)你需要擴(kuò)容的時(shí)候,也就是需要在多搭載一些備庫來增加系統(tǒng)的讀能力的時(shí)候,現(xiàn)在常見的作法也是用全量備份加上應(yīng)用binlog來實(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)庫不一致的情況.
簡單說,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.
小結(jié)
今天介紹了mysql里面最重要的兩個(gè)日志,即物理日志redo log和邏輯日志binlog.
redo log用于保證crash-safe能力.innodb_flush_log_at_trx_commit這個(gè)參數(shù)設(shè)置成1的時(shí)候,表示每次事務(wù)的redo log都直接持久化到磁盤.這個(gè)參數(shù)我建議你設(shè)置成1,這樣可以保證mysql異常重啟之后數(shù)據(jù)不丟失.
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.這個(gè)參數(shù)我也建議你設(shè)置成1,這個(gè)參數(shù)我也建議你設(shè)置成1,這樣可以保證mysql異常重啟之后binlog不丟失.
我還跟你介紹了與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，即使你不做數(shù)據(jù)庫內(nèi)核開發(fā)，日常開發(fā)中也有可能會(huì)用到.
