一条SQL更新语句是如何执行的

素颜马尾好姑娘i 2022-04-06 13:23 621阅读 0赞

### 前言 ###

本篇是专栏中的第二篇，此系列文章是学习《MySQL实战》后，总结出来的笔记文章。上一篇讲了[一条SQL查询语句是如何执行的][SQL]，本篇来讲解一条SQL更新语句的执行过程。

之前你可能经常听DBA同事说：MySQL可以恢复半个月内任意一秒的状态，惊叹的同时，你是不是会感到好奇，这是怎么做到的呢？

我们还是从一个表的一条更新语句说起，下面是这个表的创建语句，这个表有一个主键 ID 和一个整型字段c：

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

如果要将 ID=2 这一行的值加1，SQL语句就会这么写：

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

前面有介绍过SQL语句基本的执行链路，这里把图再贴出来，查询语句走的这一流程，更新语句也会走一遍。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hjeTExOTMwNjg2Mzk_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

执行的语句要先连接数据库，上篇文章说过，在一个表上更新数据的时候，跟这个表有关的查询缓存会失效，所以这条语句就会把表T上所有的缓存都清空，这也是不建议使用查询缓存的原因。接下来分析器会通过词法和语法解析知道这是一条更新语句，优化器决定要使用 ID 这个索引。然后，执行器负责具体执行，找到这一行，然后更新。

与查询流程不一样的是，更新流程还涉及两个重要的日志模块，它们正是今天要讨论的主角：redo log（重做日志）和binlog（归档日志）。如果接触MySQL，那这两个词肯定是绕不过的，redo log和binlog在设计上有很多有意思的地方，这些设计思路也许会帮助你更好地解决问题。

### 日志模块：redo log ###

不知道你还记不记得《孔乙己》这篇文章，酒店掌柜有一个粉板，专门用来记录客人的赊账记录。如果赊账的人不多，那么他可以把顾客名和账目写在板上，如果赊账的人多了，粉板总会不够记，这个时候掌柜一定有专门记录赊账的账本。

如果有人要赊账或者还账的话，掌柜一般有两种做法：

*  直接将账本翻出来，把这次赊的账加上或者扣除掉。
 *  先在粉板上记下这次的账，等打样之后再把账本翻出来核算。

在生意红火柜台很忙时，掌柜一定会选择后者，因为前者操作实在是太麻烦了。首先，得找到这个人的赊账总额这条记录，密密麻麻的几十页，掌柜要找这个名字，可能还得带上老花镜慢慢找，找到之后再拿算盘计算，最后再将结果写回到账本上。

这整个过程想想都麻烦，相比之下，还是先在粉板上记一下方便。

同样，在MySQL里也有这个问题，如果每一次的更新操作都需要写进磁盘，然后磁盘也要找到对应的那条记录，然后再更新，整个过程 IO 成本、查找成本都很高。为了解决这个问题，MySQL的设计者就用了类似酒店掌柜粉板的思路来提升更新效率。

而粉板和账本配合的整个过程，其实就是MySQL里常说的 WAL 技术，WAL 的全称是Write-Ahead Logging，它的关键点就是先写日志，再写磁盘，也就是先写粉板，不忙的时候写账本。

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，并更新到内存，这个时候更新就算完成了，同时，InnoDB引擎会在适合的时候，将这个操作记录更新到磁盘里面，而这个更新往往实在系统比较空闲的时候做，这就像打样以后掌柜做的事。

与此类似，InnoDB的redo log 是固定大小的，比如可以配置为一组 4 个文件，每个文件的大小是1GB，那么这块“粉板”总共就可以记录4GB的操作。从头开始写，写到末尾就又回到开头循环写，如下图（图中橙色表示已经写完三个文件）：

![20181210000310707.png][]

这是一个一边写一边擦除的过程，如果logfile\_4文件也记录完了，logfile\_1文件应该已经清理完成，即开始从logfile\_1开始记录。如果记录的进度点追上了清除的进度点，表示“粉板”满了，这时候不能再执行新的更新，得停下来擦掉一些记录。

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，这个能力成为 **crash-safe**。要理解 crash-safe 这个概念，可以想想我们前面赊账记录的例子，只要赊账记录记在了粉板上或者写在了账本上，之后即使掌柜忘记了，比如突然停业几天，恢复生意后依然可以通过账本和粉板上的数据明确赊账账目。

### 日志模块：binlog ###

前面我们讲过，MySQL整体来看，其实就有两块：一块是Server层，它主要做的是MySQL功能层面的事情；还有一块是引擎层，负责存储相关的具体事宜，上面我们聊到的粉板 redo log 是InnoDB引擎特有的日志，而Server层也有自己的日志，称为 binlog（归档日志）。

binlog有两种模式，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

为什么有两份日志呢？

因为最开始MySQL里并没有 InnoDB引擎，MySQL自带的引擎是MyISAM，但是MyISAM没有 crash-safe 能力， binlog 日志只能用于归档，而 InnoDB是另一个公司以插件形式引入 MySQL的，既然只依靠 binlog 是没有 crash-safe 能力的，所以 InnoDB 使用另外一套日志系统。

这两种日志有三点不同：

1.  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。
2.  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”。
3.  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。

有了对这两个日志的概念性理解，我们再来看执行器和 InnoDB 引擎在执行这个简单的 update语句时的内部流程。

1.  执行器先找到引擎取 ID=2 这一行，ID 是主键，引擎直接用树搜索找到下一行，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。
2.  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。
3.  引擎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。
4.  执行器生成这个操作的 binlog，并把 binlog 写入磁盘。
5.  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。

这里给出这个 update语句的执行流程图，图中浅色框表示在 InnoDB 内部执行的，深色框表示在执行器中执行的。

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最后三步看上去有点绕，将 redo log 的写入拆成了两个不知：prepare 和 commit，这就是“两阶段提交”。

### 两阶段提交 ###

为什么必须有“两阶段提交”呢？这是为了让两份日志之间的逻辑一致，要说明这个问题，我们得从文章开头的那个问题说起：**怎么让数据库恢复到半个月内任意一秒的状态？**

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。可以一天一备或者一周一备。

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又一次误删表，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。

说完了数据恢复过程，我们回来说说，为什么日志需要“两阶段提交”，这里不妨用反证法来进行解释。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，我们来看看会有什么问题。

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？

*  **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，如果小用这个 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，崩溃恢复之后这个事务无效，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。

可以看到，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。你可能会说，这个概率很低，平时也没有动不动就恢复临时库的场景。

其实不是的，不只是误操作后需要用这个过程来恢复数据。当你需要扩容的时候，也就是需要再多搭建一些备案来增加系统的读能力的时候，现在常见的做法也是用全量备份加上应用 binlog 来实现的，这个“不一致”就会导致你的线上出现主从数据库不一致的情况。

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。

### 小结 ###

今天介绍了MySQL中最重要的物理日志 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 都直接持久化到硬盘，这个参数我建议设置成 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，这个参数我也建议设置成 1， 这样可以保证MySQL异常重启之后 binlog 不丢失。

本篇还介绍了两阶段提交，它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。

本篇继续留一个问题，前面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？

### 上一篇问题答案 ###

上一篇留下的问题是：

如果表 T 中没有字段 k，而你执行了这个语句 select \* from T where k=1, 那肯定是会报“不存在这个列”的错误： “Unknown column ‘k’ in ‘where clause’”。你觉得这个错误是在我们上面提到的哪个阶段报出来的呢？

答案是：错误是在分析器阶段报出来的。

我的理解：分析器阶段是识别SQL的主要阶段，包括这条语句是更新语句还是查询语句、操作的是哪些列、语法有没有错误。

[SQL]: https://blog.csdn.net/xcy1193068639/article/details/84673840
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