第二章 从更新角度看MySQL 执行流程

第二章 从更新角度看MySQL 执行流程

• 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：

mysql> 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：

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

执行流程

1. 连接器进行连接数据库的工作
2. 分析器会通过词法和语法解析知道这是一条更新语句
3. 优化器决定使用ID这个唯一索引
4. 执行器调用引擎负责具体执行

更新流程涉及两个重要的日志模块

• ​​redo log​​（重做日志）
• ​​binlog​​（归档日志）

重要的日志模块：redo log

什么是 redo log?

• ​​redo log​​​ 是一种 WAL 技术应用，英文全称为​​write-aheading-log​​
• 即首先将记录写入到日志里，当数据库空闲时，将记录写入磁盘
• 为何有会采用这种计数呢，因为执行一条SQL更新语句会去写磁盘，然后磁盘会去查找对应的行，再进行更新，整个过程无论是IO操作，还是查找操作消耗都很大
• 因此 MySQL 存储引擎​​innodb​​​ 采用将数据先写入到​​redo log​​，然后更新内存，这样就算完成一条更新语句，然后在适当的时候再将数据更新到磁盘中。
• 同时该技术能够结果​​crash-safe​​​ 问题，当系统突然崩溃时，可以通过​​redo log​​ 恢复崩溃前的状态

先写日志，再写磁盘

• 需要注意的是：“先写日志” 也是先写磁盘，只是写日志是顺序写盘，速度很快
• 先写 redo log 到 log buffer ，具体内容就是针对哪个表空间的哪些页面做了哪些修改
• 然后 log buffer 中的日志内容会在某些时候写到 redo log 日志文件中，比如事务提交时

为什么写 redo log 日志会比刷新内存中的数据页到磁盘快?

• 是因为服务器在启动时就已经给 redo log 日志文件分配好了一块物理上连续的磁盘空间，每次写 redo log 日志都是往文件中追加写，并没有寻址的过程
• 而修改过的数据页要刷新到磁盘的话，可能对应的磁盘空间并不是物理连续的，找起来费劲

总结

• InnoDB引擎先把记录写到 redo log 中，redo log 在哪，它也是在磁盘上，这也是一个写磁盘的过程
• 但是与更新过程不一样的是，更新过程是在磁盘上​​随机IO​​，费时
• 而写 redo log 是在磁盘上​​顺序IO​​。效率要高

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，那么总共就可以记录 4GB 的操作
• 从头开始写，像循环队列一样，写到末尾又回到开头循环写

• ​​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

• 擦除记录之前要把记录更新到数据文件，也就是把记录更新到磁盘文件上，这个事情是在系统比较空闲的时候去做的

• ​​write pos​​​ 和​​check point​​​ 之间就是还能写数据的部分，如果追上​​checkpoint​​​了，就要先刷写一次，把​​checkpoint​​ 往后推

​​crash-safe​​

• redo log 是 InnoDB 引擎所特有的
• 所以如果我们在使用 InnoDB 引擎创建表时，如果数据库发生异常重启，之前提交的记录都不会丢失
• InnoDB正因为有了 redo log (重做日志)，才有了 crash-safe 的能力（即使mysql服务宕机，也不会丢失数据的能力）

重要的日志模块：binlog

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）​​

为什么会有两份日志呢?

• 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 的能力，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——也就是 redo log 来实现 crash-safe 能力。

​​binlog​​​ 为什么没有 ​​crash_safe​​ 的能力呢?

• 写入方式的问题，binlog 是追加写，crash 时不能判定 binlog 中哪些内容是已经写入到磁盘，哪些还没被写入
• 而 redolog 是循环写，从 check point 到 write pos 间的内容都是未写入到磁盘的
• 假如现在重新设计 MySQL，只用一个 binlog 实现cash_safe，只不过 binlog 中也要加入​​check point​​​，数据库故障重启后，binlog​​check point​​之后的 sql 都重放一遍。但是这样做让 binlog 耦合的功能太多。

redo log 和 binlog 有什么区别?

• 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。

执行器 和 InnoDB 引擎在执行这个 ​​update​​​ 语句时的​​内部流程​​

• 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。

​​update​​ 语句的执行流程图

• 图中浅色框表示是在 InnoDB 内部执行的，深色框表示是在执行器中执行的。

• 对数据操作的行为（加减），由「执行器」完成；
• 对数据读取行为，由「引擎」完成。

将 ​​redo log​​​ 的写入拆成了两个步骤：​​prepare​​​ 和 ​​commit​​，这就是"两阶段提交"

• ​​redo log​​​ 等待​​binlog​​​ 写入完成后，由​​prepare​​​ 变为​​commit​​ 提交状态
• 两阶段提交都是为了保障一致性，这里是保障​​redo log​​​ 和​​binlog​​ 的一致性，最终是保障db数据的一致性

为什么日志需要 “​​两阶段提交​​” ?

• 如果不使用两阶段提交，先写 redo log 后写 binlog，在写完 redo log 后，写 binlog 的时候发生 crash。
• 数据库恢复回来后，数据没丢失，因为能根据 redo log 恢复回来，但是这个操作却少了一个 binlog。
• 而在进行数据库备份的时候使用的是 binlog，所以备份的数据里面就丢失了这次更改，以后在使用这个备份恢复的时候，自然恢复回来的数据就不对。

总结

• 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。
• redo log 记录的是磁盘上数据的物理变化，binlog 记录的是当时所执行的高级编程语言 (sql语句)