java八股文面试[数据库]——undo log、redo log、 bin log

今天药忘吃喽~ 2024-03-05 04:44 61阅读 0赞

###### undo log、redo log、 bin log ######

###### **undo log 基本概念** ######

*  undo log是一种用于**撤销回退**的日志，在数据库事务开始之前，MySQL会先记录更新前的数据到 undo log日志文件里面，当事务回滚时或者数据库崩溃时，可以利用 undo log来进行回退。
 *  Undo Log产生和销毁：Undo Log在事务**开始前产生**；事务在提交时，并不会立刻删除undo log，innodb会将该事务对应的undo log放入到**删除列表**中，后面会通过**后台线程purge thread**进行回收处理。

**注意: undo log也会产生redo log，因为undo log也要实现持久性保护。**

**undo log的作用**

1.  **提供回滚操作【undo log实现事务的原子性】** 在数据修改的时候，不仅记录了redo log，还记录了相对应的undo log，如果因为某些原因导致事务执行**失败**了，可以借助undo log进行回滚。 *undo log 和 redo log 记录**物理日志**不一样，它是***逻辑日志**。可以认为当delete一条记录时，undo log中会记录一条对应的**insert记录**，反之亦然，当update一条记录时，它记录一条对应**相反的update记录**。
2.  **提供多版本控制(MVCC)【*undo log实现多版本并发控制（MVCC）*】** MVCC，即多版本控制。在MySQL数据库InnoDB存储引擎中，用undo Log来实现多版本并发控制(MVCC)。当读取的某一行被其他事务锁定时，它可以从undo log中分析出该行记录以前的数据版本是怎样的，从而让用户能够读取到当前事务操作之前的数据【快照读】。

###### **redo log 基本概念** ######

*  InnoDB引擎对数据的更新，是先将更新记录写入redo log日志，然后会在系统**空闲**的时候或者是按照设定的**更新策略**再将日志中的内容更新到磁盘之中。这就是所谓的**预写式技术**（Write Ahead logging）。这种技术可以大大**减少IO操作**的频率，提升数据刷新的效率。
 *  redo log：被称作**重做日志**, 包括两部分：一个是内存中的**日志缓冲**： `redo log buffer`，另一个是磁盘上的日志文件： `redo log file`。

**redo log的作用**

*  mysql 每执行一条 DML 语句，先将记录写入 redo log buffer 。后续某个时间点再一次性将多个操作记录写到 redo log file 。当故障发生致使内存数据丢失后，InnoDB会在重启时，经过重放 redo，将Page恢复到崩溃之前的状态 **通过Redo log可以实现事务的持久性 。**

###### **bin log基本概念** ######

*  binlog是一个**二进制格式**的文件，用于记录用户对数据库更新的SQL语句信息，例如更改数据库表和更改内容的SQL语句都会记录到binlog里，但是**不会记录SELECT和SHOW这类操作**。
 *  binlog在MySQL的Server层实现(引擎**共用**)
 *  binlog为**逻辑日志**,记录的是一条SQL语句的**原始逻辑**
    
     *  binlog**不限制大小**,追加写入,**不会覆盖**以前的日志.
     *  默认情况下，binlog日志是二进制格式的，不能使用查看文本工具的命令（比如，cat，vi等）查看，而使用**mysqlbinlog解析**查看。

**bin log的作用**

1.  **主从复制**：在主库中开启Binlog功能，这样主库就可以把Binlog传递给从库，从库拿到Binlog后实现数据恢复达到主从数据一致性。
2.  **数据恢复**：通过mysqlbinlog工具来恢复数据。

###### redo log与undo log的持久化策略？ ######

###### **redo log持久化** ######

缓冲区数据一般情况下是**无法直接写入磁盘**的，中间必须经过**操作系统缓冲区**( OS Buffer )。因此， redo log buffer 写入 redo logfile 实际上是先写入 OS Buffer，然后再通过**系统调用 fsync()** 将其刷到 redo log file.

Redo Buffer 持久化到 redo log 的策略，可通过 `Innodb_flush_log_at_trx_commit` 设置：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="width:138px;"><strong>参数值</strong></th> 
   <th style="width:550px;">含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:138px;">0 (延迟写)</td> 
   <td style="width:550px;">事务提交时不会将 <code>redo log buffer</code>中日志写入到 <code>os buffer</code>， 而是<strong>每秒写入</strong> <code>os buffer</code>并调用 <code>fsync()</code>写入到 <code>redo log file</code>中。 也就是说设置为0时是(大约)每秒刷新写入到磁盘中的，当系统崩溃，会<strong>丢失1秒钟的数据</strong>。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:138px;">1 (实时写,实时刷)</td> 
   <td style="width:550px;">事务每次提交都会将 <code>redo log buffer</code>中的日志写入 <code>os buffer</code>并 调用 <code>fsync()</code>刷到 <code>redo log file</code>中。这种方式即使系统崩溃也<strong>不会丢失任</strong>何数据，但是因为每次提交都写入磁盘，<strong>IO的性能较差</strong>。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:138px;">2 (实时写, 延时刷)</td> 
   <td style="width:550px;">每次提交都仅<strong>写入到 <code>os buffer</code></strong>，然后是每秒调用 <code>fsync()</code>将 <code>os buffer</code>中的日志写入到 <code>redo log file</code>。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

![image.png][]

一般建议选择**取值2**，因为 MySQL 挂了数据**没有损失**，整个服务器挂了才会损失1秒的事务提交数据

###### **undo log持久化** ######

MySQL中的Undo Log**严格的讲不是Log**，**而是数据**，因此他的管理和落盘都跟**数据**是一样的：

*  Undo的磁盘结构**并不是顺序的**，而是像数据一样**按Page管理**
 *  Undo写入时，也像数据一样产生对应的Redo Log (因为undo也是对页面的修改，记录undo这个操作**本身也会有对应的redo**)。
 *  Undo的Page也像数据一样**缓存在Buffer Pool**中，跟数据Page**一起做LRU换入换出**，以及刷脏。Undo Page的刷脏也像数据一样要**等到对应的Redo Log 落盘之后**

当事务提交的时候，innodb不会立即删除undo log，因为后续还**可能会用到undo log**，如隔离级别为repeatable read时，事务读取的都是**开启事务时**的最新提交行版本，只要该事务**不结束**，该行版本就不能删除，即undo log不能删除。

但是在事务提交的时候，会将该事务对应的undo log放入到**删除列表中**，未来**通过purge**来删除。并且提交事务时，还会判断undo log**分配的页**是否可以重用，如果可以重用，则会分配给后面来的事务，避免为每个独立的事务**分配独立的undo log页**而浪费存储空间和性能。

###### bin log与undo log的区别？ ######

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XXX数据页上做了XXX修改”；binlog是**逻辑日志**，记录的是**原始逻辑**，其记录是**对应的SQL语句**。

*  物理日志: 记录的是**每一个page页**中**具体存储的值是多少**，在这个数据页上做了什么修改. 比如: 某个事物将系统表空间中的第100个页面中偏移量为1000处的那个字节的值1改为2.
 *  逻辑日志: 记录的是每一个page页面中具体数据是**怎么变动**的，它会记录一个变动的过程或SQL语句的逻辑, 比如: 把一个page页中的一个数据从1改为2，再从2改为3,逻辑日志就会记录1->2,2->3这个数据**变化的过程**.

**3**）redo log是**循环写**的，空间一定会用完，需要**write pos和check point搭配**；binlog是**追加写**，写到一定大小会切换到下一个，并不会覆盖以前的日志

*  Redo Log 文件内容是以**顺序循环**的方式写入文件，写满时则回溯到第一个文件，进行覆盖写。

![image.png][image.png 1]

*  **write pos**: 表示日志当前记录的位置，当ib\_logfile\_4写满后，会从ib\_logfile\_1从头开始记录；
 *  **check point**: 表示将日志记录的修改写进磁盘，完成数据落盘，数据落盘后checkpoint会将日志上的相关记录**擦除掉**，即 `write pos -> checkpoint` 之间的部分是redo log空着的部分，用于记录新的记录，`checkpoint -> write pos` 之间是redo log 待落盘的数据修改记录
 *  如果 write pos 追上 checkpoint，表示写满，这时候不能再执行新的更新，得停下来先擦掉一些记录，把 checkpoint 推进一下。

3）Redo Log作为服务器异常**宕机后**事务数据**自动恢复使用**，Binlog可以作为**主从复制和数据恢复**使用。Binlog**没有自动crash-safe能力**

CrashSafe指MySQL服务器宕机重启后，能够保证：

*  所有已经**提交的事务**的数据**仍然存在**。
 *  所有**没有提交的事务**的数据**自动回滚**。

###### MySQL的binlog有几种日志格式？分别有什么区别？ ######

binlog日志有三种模式

1）**ROW**（row-based replication, RBR）：日志中会记录**每一行数据**被修改的情况，然后在slave端对相同的数据进行修改。

*  优点：能清楚记录每一个行数据的修改细节，能**完全实**现主从数据同步和数据的恢复。而且不会出现某些特定情况下**存储过程或function**无法被正确复制的问题。
 *  缺点：批量操作，会产生大量的日志，尤其是alter table会让日志量**暴涨**。

2）**STATMENT**（statement-based replication, SBR）：记录**每一条修改数据的SQL语句**（批量修改时，记录的不是单条SQL语句，而是**批量修改**的SQL语句事件）, slave在复制的时候SQL进程会解析成和原来master端执行过的相同的SQL再次执行。简称SQL语句复制。

*  优点：日志量小，减少磁盘IO，提升存储和恢复速度
 *  缺点：在某些情况下会导致主从数据不一致，比如**last\_insert\_id()、now()等函数**。

![image.png][image.png 2]

3）**MIXED**（mixed-based replication, MBR）：以上两种模式的**混合使用**，一般会使用STATEMENT模式保存binlog，对于STATEMENT模式无法复制的操作使用ROW模式保存binlog，MySQL会根据执行的SQL语句选择写入模式。

企业场景如何选择binlog的模式

1.  如果生产中使用MySQL的**特殊功能相对少**（存储过程、触发器、函数）。选择默认的语句模式，Statement。
2.  如果生产中使用MySQL的特殊功能较多的，可以选择**Mixed**模式。
3.  如果生产中使用MySQL的特殊功能较多，又希望数据**最大化一致**，此时最好Row 模式；但是要注意，该模式的binlog日志量**增长非常快**.

知识来源：马士兵教育

[image.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/05/f1b0617e756a4c37a7113807f4f24068.png
[image.png 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/05/b0fb1146dbd24006b248f79fca48be5e.png
[image.png 2]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/05/ae627d20127542e485e3daa4345a3cad.png