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MySQL实战45讲学习笔记——日志系统_ZhouRuXuan__

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题引开篇

#(ID字段有索引)
mysql> update T set c=c+1 where ID=2;
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  • 2

一条SQL更新语句是如何执行的?

查询缓存

与查询操作不同,更新操作会把该表的查询缓存给清空。

数据存储结构

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dGoRTrGv-1635765017794)(E:Study MaterialsTypora photos批注 2021-10-24 093803.png)]

  • 物理存储结构:主要是InnoDB存储引擎的磁盘结构,对于MySQL数据库来说,还包括一些文件、日志、表结构存储结构等。
  • 内存存储结构:为了实现提升数据库整体性能,主要用于存储临时数据和日志的缓冲。

redo log

innoDB引擎特有的日志,记录这个页“做了什么改动”。

日志使用原则

Write-Ahead Logging,WAL技术,先写日志,再写磁盘。

具体来说,当有一条记录需要更新的时候,InnoDB引擎就会先把记录写到redo log(粉板)里面,并更新内存,这个时候更新就算完成了。同时,InnoDB引擎会在适当的时候,将这个操作记录更新到磁盘里面,而这个更新往往是在系统比较空闲的时候做。

循环读写

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4ppCTjVJ-1635765017796)(E:Study MaterialsTypora photos075250cad8d9f6c791a52b6a600f69c.jpg)]

  • 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,也是往后推移并且循环的,擦除记录前要把记录更新到数据文件。

crash-safe

有了redo log,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,这个能力称为crash-safe

binlog

server层的日志。

两种模式

  • statement 格式的话是记sql语句;
  • row格式会记录行的内容,记两条,更新前和更新后都有。

与redo log的对比

  • redo log是InnoDB引擎特有的;binlog是MySQL的Server层实现的,所有引擎都可以使用。
  • redo log是物理日志,记录的是“在某个数据页上做了什么修改”;binlog是逻辑日志,记录的是这个语句的原始逻辑,比如“给ID=2这一行的c字段加1 ”。
  • redo log是循环写的,空间固定会用完;binlog是可以追加写入的。“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。

更新的流程

#(ID字段有索引)
mysql> update T set c=c+1 where ID=2;
  • 1
  • 2

img

浅色框:表示是在InnoDB内部执行的;

深色框:表示是在执行器中执行的。

  • 执行器先找引擎取ID=2这一行。ID是主键,引擎直接用树搜索找到这一行。如果ID=2这一行所在的数据页本来就在内存中,就直接返回给执行器;否则,需要先从磁盘读入内存,然后再返回。
  • 执行器拿到引擎给的行数据,把这个值加上1,比如原来是N,现在就是N+1,得到新的一行数据,再调用引擎接口写入这行新数据。
  • 引擎将这行新数据更新到内存中,同时将这个更新操作记录到redo log里面,此时redo log处于prepare状态。然后告知执行器执行完成了,随时可以提交事务。
  • 执行器生成这个操作的binlog,并把binlog写入磁盘。
  • 执行器调用引擎的提交事务接口,引擎把刚刚写入的redo log改成提交(commit)状态,更新完成。

binlog数据恢复过程

前面我们说过了,binlog会记录所有的逻辑操作,并且是采用“追加写”的形式。如果你的DBA承诺说半个月内可以恢复,那么备份系统中一定会保存最近半个月的所有binlog,同时系统会定期做整库备份。这里的“定期”取决于系统的重要性,可以是一天一备,也可以是一周一备。

当需要恢复到指定的某一秒时,比如某天下午两点发现中午十二点有一次误删表,需要找回数据,那你可以这么做:

  • 首先,找到最近的一次全量备份,如果你运气好,可能就是昨天晚上的一个备份,从这个备份恢复到临时库;
  • 然后,从备份的时间点开始,将备份的binlog依次取出来,重放到中午误删表之前的那个时刻。

这样你的临时库就跟误删之前的线上库一样了,然后你可以把表数据从临时库取出来,按需要恢复到线上库去。

两阶段提交

为什么日志需要“两阶段提交”

如果不使用“两阶段提交”,那么数据库的状态就有可能和用它的日志恢复出来的库的状态不一致。

简单说,redo log和binlog都可以用于表示事务的提交状态,而两阶段提交就是让这两个状态保持逻辑上的一致。

由于redo log和binlog是两个独立的逻辑,如果不用两阶段提交,要么就是先写完redo log再写binlog,或者采用反过来的顺序。我们看看这两种方式会有什么问题。

仍然用前面的update语句来做例子。假设当前ID=2的行,字段c的值是0,再假设执行update语句过程中在写完第一个日志后,第二个日志还没有写完期间发生了crash,会出现什么情况呢?

先写redo log后写binlog

假设在redo log写完,binlog还没有写完的时候,MySQL进程异常重启。由于我们前面说过的,redo log写完之后,系统即使崩溃,仍然能够把数据恢复回来,所以恢复后这一行c的值是1。

但是由于binlog没写完就crash了,这时候binlog里面就没有记录这个语句。因此,之后备份日志的时候,存起来的binlog里面就没有这条语句。

然后你会发现,如果需要用这个binlog来恢复临时库的话,由于这个语句的binlog丢失,这个临时库就会少了这一次更新,恢复出来的这一行c的值就是0,与原库的值不同。

先写binlog后写redo log

如果在binlog写完之后crash,由于redo log还没写,崩溃恢复以后这个事务无效,所以这一行c的值是0。但是binlog里面已经记录了“把c从0改成1”这个日志。所以,在之后用binlog来恢复的时候就多了一个事务出来,恢复出来的这一行c的值就是1,与原库的值不同。

在两阶段提交的不同瞬间,MySQL如果发生异常重启,是怎么保证数据完整性的?

保证数据完整性

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-yaciTfRL-1635765017799)(E:Study MaterialsTypora photosee9af616e05e4b853eba27048351f62a.jpg)]

时刻A发生crash

如果在图中时刻A的地方,也就是写入redo log 处于prepare阶段之后、写binlog之前,发生了崩溃(crash),由于此时binlog还没写,redo log也还没提交,所以崩溃恢复的时候,这个事务会回滚。这时候,binlog还没写,所以也不会传到备库。到这里,大家都可以理解。

时刻B发生crash

大家出现问题的地方,主要集中在时刻B,也就是binlog写完,redo log还没commit前发生crash,那崩溃恢复的时候MySQL会怎么处理?

我们先来看一下崩溃恢复时的判断规则。

  • 如果redo log里面的事务是完整的,也就是已经有了commit标识,则直接提交;
  • 如果redo log里面的事务只有完整的prepare,则判断对应的事务binlog是否存在并完整:
    • 如果是,则提交事务
    • 否则,回滚事务

根据crash恢复规则,应该符合第二种的第一个小情况,提交事务。

小结

今天,我介绍了MySQL里面最重要的两个日志,即物理日志redo log和逻辑日志binlog。

redo log用于保证crash-safe能力。innodb_flush_log_at_trx_commit这个参数设置成1的时候,表示每次事务的redo log都直接持久化到磁盘。这个参数我建议你设置成1,这样可以保证MySQL异常重启之后数据不丢失。

sync_binlog这个参数设置成1的时候,表示每次事务的binlog都持久化到磁盘。这个参数我也建议你设置成1,这样可以保证MySQL异常重启之后binlog不丢失。

我还跟你介绍了与MySQL日志系统密切相关的“两阶段提交”。两阶段提交是跨系统维持数据逻辑一致性时常用的一个方案,即使你不做数据库内核开发,日常开发中也有可能会用到。

思考题

前面我说到定期全量备份的周期“取决于系统重要性,有的是一天一备,有的是一周一备”。那么在什么场景下,一天一备会比一周一备更有优势呢?或者说,它影响了这个数据库系统的哪个指标?
统维持数据逻辑一致性时常用的一个方案,即使你不做数据库内核开发,日常开发中也有可能会用到。

思考题

前面我说到定期全量备份的周期“取决于系统重要性,有的是一天一备,有的是一周一备”。那么在什么场景下,一天一备会比一周一备更有优势呢?或者说,它影响了这个数据库系统的哪个指标?

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