【MySQL】之 binlog、undo log 和 redo log 详解

桃扇骨 2022-12-07 01:13 290阅读 0赞

## 前言 ##

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我们知道，事务的原子性指的是：**一个事务包含多个操作，这些操作要么全部执行，要么全都不执行**。

那 MySQL 如何保证原子性的？答案就是：**undo log**。

MySQL 常见的 log 有：

*  binlog
 *  undo log
 *  redo log

下面我们对这三个 log 进行讲解。

## 一、binlog ##

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### 什么是 binlog ###

`binlog`其实在日常的开发中是听得很多的，因为很多时候数据的更新就依赖着`binlog`。

**比如**：我们的数据是保存在数据库里边的，现在我们对某个商品的某个字段的内容改了（数据库变更），而**用户检索的出来数据是走搜索引擎的**。为了让用户能搜到最新的数据，我们需要把引擎的数据也改掉。

换句话说就是：**数据库的变更，搜索引擎的数据也需要变更**。

于是，我们就会监听`binlog`的变更，如果`binlog`有变更了，那我们就需要将变更写到对应的数据源。

**由上可知**：`binlog`记录了数据库表结构和表数据变更，比如`update/delete/insert/truncate/create`，但它不会记录`select`（因为这没有对表没有进行变更）。

### binlog 的作用 ###

`binlog`我们可以简单理解为：存储着每条变更的`SQL`语句。默认情况下是没有 binlog 日志的，只有开启才可以看到，通过修改 /etc/my.cnf 配置文件来开启 binlog 日志：

server-id=1001 # 指定 server-id
    log-bin=mysqlbin # 默认配置

开启后一般放在 /var/lib/mysql 中，修改并重启数据库后会生成 mysqlbin.000001 文件。当然我们也可以修改文件存放位置，比如：

log-bin=/home/logs/mysql-bin # 指定logbin文件的日志路径

**需要注意的是**：

*  在 mysql 5.7 中开启 logbin 时需要指定 server-id 否则 mysql 服务将会启动失败；
 *  一般binlog日志很占服务器的磁盘空间，最好定期对 binlog 做备份。

### binlog 操作的相关命令： ###

1、查看日志开启状态：show variables like ‘log\_%’

2、查看所有binlog日志列表 show master logs

3、查看最新一个binlog日志的编号名称，及其最后一个操作事件结束点 show master status

4、刷新log日志，立刻产生一个新编号的binlog日志文件，跟重启一个效果 flush logs

5、清空所有binlog日志 reset master

6、查看 binlog 日志

mysqlbinlog --no-defaults /var/log/mysql-bin.000001

### binlog 的作用 ###

binlog 主要有两个作用：**复制和恢复数据**

*  MySQL在公司使用的时候往往都是**一主多从**结构的，从服务器需要与主服务器的数据保持一致，这就是通过`binlog`来实现的
 *  数据库的数据被干掉了，我们可以通过`binlog`来对数据进行恢复

因为`binlog`记录了数据库表的变更，所以我们可以用`binlog`进行复制（主从复制)和恢复数据。

## 二、redo log ##

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假设我们执行一条 sql 语句：

update user_table set name='xxx' where id='5';

MySQL执行这条SQL语句，肯定是先把`id=5`的这条记录查出来，然后将`name`字段对应的值给改掉，但实际上Mysql的基本存储结构是**页**(记录都存在页里边)，所以MySQL是先把这条记录所在的**页**找到，然后把该页加载到内存中，将对应记录进行修改。

现在就可能存在一个问题：**如果在内存中把数据改了，还没来得及落磁盘，而此时的数据库挂了怎么办**？显然这次更改就丢了。并且如果每个请求都需要将数据**立马**落磁盘之后，那速度会很慢，MySQL可能也顶不住。

为了解决这个问题，MySQL引入了`redo log`，内存写完了，然后会写一份`redo log`，这份`redo log`记载着这次**在某个页上做了什么修改**。其实写`redo log`的时候，也会有`buffer`，是先写`buffer`，再真正落到磁盘中的。至于从`buffer`什么时候落磁盘，会有配置供我们配置。

当然，写`redo log`也是需要写磁盘的，但它的好处就是`顺序IO`（我们都知道顺序IO比随机IO快非常多）。

所以，`redo log`的作用就是：当我们修改的时候，写完内存了，但数据还没真正写到磁盘的时候。此时我们的数据库挂了，我们可以根据`redo log`来对数据进行恢复。因为`redo log`是顺序IO，所以**写入的速度很快**，并且`redo log`记载的是物理变化（xxxx页做了xxx修改），文件的体积很小，**恢复速度很快**。

## 三、binlog 和 redo log 的区别 ##

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从 binlog 和 redo log 的描述来看，它们的功能有点类似，都是用来做恢复的。但它们还是有这本质的区别的，下面我们探讨一下它们之间的区别。

### 存储的内容不同 ###

*  `binlog`记载的是`update/delete/insert`这样的SQL语句，而`redo log`记载的是物理修改的内容（xxxx页修改了xxx）。
 *  `redo log` 记录的是数据的**物理变化**，`binlog` 记录的是数据的**逻辑变化**

### 功能不同 ###

`redo log`的作用是为**持久化**而生的。写完内存，如果数据库挂了，那我们可以通过`redo log`来恢复内存还没来得及刷到磁盘的数据，将`redo log`加载到内存里边，那内存就能恢复到挂掉之前的数据了。

`binlog`的作用是复制和恢复而生的：

*  主从服务器需要保持数据的一致性，通过`binlog`来同步数据
 *  如果整个数据库的数据都被删除了，`binlog`存储着所有的数据变更情况，那么可以通过`binlog`来对数据进行恢复

问题来了：如果整个数据库的数据都被删除了，那我可以用`redo log`的记录来恢复吗？答案是：**不能**

因为功能的不同，`redo log` 存储的是物理数据的变更，如果我们内存的数据已经刷到了磁盘了，那`redo log`的数据就无效了。所以`redo log`不会存储着**历史**所有数据的变更，**文件的内容会被覆盖的**。

### binlog 和 redo log 的写入问题 ###

*  `redo log`是MySQL的InnoDB引擎所产生的
 *  `binlog`无论MySQL用什么引擎，**都会有的**

InnoDB是有事务的，事务的四大特性之一：持久性，就是靠`redo log`来实现的（如果写入内存成功，但数据还没真正刷到磁盘，如果此时的数据库挂了，我们可以靠`redo log`来恢复内存的数据，这就实现了持久性）。

上面也提到，在修改的数据的时候，`binlog`会记载着变更的类容，`redo log`也会记载着变更的内容。（只不过一个存储的是物理变化，一个存储的是逻辑变化）。那他们的写入顺序是什么样的呢？

`redo log`**事务开始**的时候，就开始记录每次的变更信息，而`binlog`是在**事务提交**的时候才记录。

那么问题来了：现在我们的前提是先写`redo log`，再写`binlog`，那么在写其中的某一个`log`的时候，失败了会怎么办？下面我们分析一下：

*  如果写`redo log`失败了，那我们就认为这次事务有问题，回滚，不再写`binlog`
 *  如果写`redo log`成功了，写`binlog`，写`binlog`写一半了，但失败了怎么办？我们还是会对这次的**事务回滚**，将无效的`binlog`给删除（因为`binlog`会影响从库的数据，所以需要做删除操作）
 *  如果写`redo log`和`binlog`都成功了，那这次算是事务才会真正成功

简单来说：MySQL需要保证`redo log`和`binlog`的**数据是一致**的。

如果`redo log`和`binlog`的**数据不一致**，那就会出现乱套现象：

*  如果`redo log`写失败了，而`binlog`写成功了。那假设内存的数据还没来得及落磁盘，机器就挂掉了。那主从服务器的数据就不一致了。（从服务器通过`binlog`得到最新的数据，而主服务器由于`redo log`没有记载，没法恢复数据）
 *  如果`redo log`写成功了，而`binlog`写失败了。那从服务器就拿不到最新的数据了。

所以，MySQL通过**两阶段提交**来保证`redo log`和`binlog`的数据是一致的。

下面是 binlog 和 redo log 的写入过程：

*  阶段1：InnoDB`redo log` 写盘，InnoDB 事务进入 `prepare` 状态
 *  阶段2：`binlog` 写盘，InooDB 事务进入 `commit` 状态
 *  每个事务`binlog`的末尾，会记录一个 `XID event`，标志着事务是否提交成功，也就是说，恢复过程中，`binlog` 最后一个 XID event 之后的内容都应该被 purge

## 四、undo log ##

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`undo log`主要有两个作用：**回滚**和**多版本控制(MVCC)**

在数据修改的时候，不仅记录了`redo log`，还记录`undo log`，如果因为某些原因导致事务失败或回滚了，可以用`undo log`进行回滚。

`undo log`主要存储的也是逻辑日志，比如我们要`insert`一条数据了，那`undo log`会记录的一条对应的`delete`日志。我们要`update`一条记录时，它会记录一条对应**相反**的update记录。

这也应该容易理解，毕竟回滚嘛，跟需要修改的操作相反就好，这样就能达到回滚的目的。因为支持回滚操作，所以我们就能保证：“**一个事务包含多个操作，这些操作要么全部执行，要么全都不执行**”。【原子性】

因为`undo log`存储着修改之前的数据，相当于一个**前版本**，MVCC实现的是读写不阻塞，读的时候只要返回前一个版本的数据就行了。