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? 前面我們系統(tǒng)了解了一個查詢語句的執(zhí)行流程，并介紹了執(zhí)行過程中涉及的處理模塊。相信你還記得，一條查詢語句的執(zhí)行過程一般是經(jīng)過連接器、分析器、優(yōu)化器、執(zhí)行器等功能模塊，最后到達(dá)存儲引擎。

那么，一條更新語句的執(zhí)行流程又是怎樣的呢？之前你可能經(jīng)常聽 DBA 同事說，MySQL 可以恢復(fù)到半個月內(nèi)任意一秒的狀態(tài)，驚嘆的同時，你是不是心中也會不免會好奇，這是怎樣做到的呢？

我們還是從一個表的一條更新語句說起，下面是這個表的創(chuàng)建語句，這個表有一個主鍵 ID 和一個整型字段 c：

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

如果要將 ID=2 這一行的值加 1，SQL 語句就會這么寫：

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

首先，可以確定的說，查詢語句的那一套流程，更新語句也是同樣會走一遍。

你執(zhí)行語句前要先連接數(shù)據(jù)庫，這是連接器的工作。

前面我們說過，在一個表上有更新的時候，跟這個表有關(guān)的查詢緩存會失效，所以這條語句就會把表 T 上所有緩存結(jié)果都清空。這也就是我們一般不建議使用查詢緩存的原因。

接下來，分析器會通過詞法和語法解析知道這是一條更新語句。優(yōu)化器決定要使用 ID 這個索引。然后，執(zhí)行器負(fù)責(zé)具體執(zhí)行，找到這一行，然后更新。

與查詢流程不一樣的是，更新流程還涉及兩個重要的日志模塊，它們正是我們今天要討論的主角：redo log（重做日志）和 binlog（歸檔日志）。如果接觸 MySQL，那這兩個詞肯定是繞不過的，我后面的內(nèi)容里也會不斷地和你強(qiáng)調(diào)。不過話說回來，redo log 和 binlog 在設(shè)計上有很多有意思的地方，這些設(shè)計思路也可以用到你自己的程序里。

重要的日志模塊：redo log

不知道你還記不記得《孔乙己》這篇文章，酒店掌柜有一個粉板，專門用來記錄客人的賒賬記錄。如果賒賬的人不多，那么他可以把顧客名和賬目寫在板上。但如果賒賬的人多了，粉板總會有記不下的時候，這個時候掌柜一定還有一個專門記錄賒賬的賬本。

如果有人要賒賬或者還賬的話，掌柜一般有兩種做法：
一種做法是直接把賬本翻出來，把這次賒的賬加上去或者扣除掉；另一種做法是先在粉板上記下這次的賬，等打烊以后再把賬本翻出來核算。

在生意紅火柜臺很忙時，掌柜一定會選擇后者，因為前者操作實在是太麻煩了。首先，你得找到這個人的賒賬總額那條記錄。你想想，密密麻麻幾十頁，掌柜要找到那個名字，可能還得帶上老花鏡慢慢找，找到之后再拿出算盤計算，最后再將結(jié)果寫回到賬本上。

這整個過程想想都麻煩。相比之下，還是先在粉板上記一下方便。你想想，如果掌柜沒有粉板的幫助，每次記賬都得翻賬本，效率是不是低得讓人難以忍受？

同樣，在 MySQL 里也有這個問題，如果每一次的更新操作都需要寫進(jìn)磁盤，然后磁盤也要找到對應(yīng)的那條記錄，然后再更新，整個過程 IO 成本、查找成本都很高。為了解決這個問題，MySQL 的設(shè)計者就用了類似酒店掌柜粉板的思路來提升更新效率。

而粉板和賬本配合的整個過程，其實就是 MySQL 里經(jīng)常說到的 WAL 技術(shù)，WAL 的全稱是Write-Ahead Logging，它的關(guān)鍵點就是先寫日志，再寫磁盤，也就是先寫粉板，等不忙的時候再寫賬本。

具體來說，當(dāng)有一條記錄需要更新的時候，InnoDB 引擎就會先把記錄寫到 redo log（粉板）里面，并更新內(nèi)存，這個時候更新就算完成了。同時，InnoDB 引擎會在適當(dāng)?shù)臅r候，將這個操作記錄更新到磁盤里面，而這個更新往往是在系統(tǒng)比較空閑的時候做，這就像打烊以后掌柜做的事。

如果今天賒賬的不多，掌柜可以等打烊后再整理。但如果某天賒賬的特別多，粉板寫滿了，又怎么辦呢？這個時候掌柜只好放下手中的活兒，把粉板中的一部分賒賬記錄更新到賬本中，然后把這些記錄從粉板上擦掉，為記新賬騰出空間。

與此類似，InnoDB 的 redo log 是固定大小的，比如可以配置為一組 4 個文件，每個文件的大小是 1GB，那么這塊“粉板”總共就可以記錄 4GB 的操作。從頭開始寫，寫到末尾就又回到開頭循環(huán)寫，如下面這個圖所示。

wirte pos 是當(dāng)前記錄的位置，一邊寫一邊后移，寫到第 3 號文件末尾后就回到 0 號文件開頭。

checkpoint 是當(dāng)前要擦除的位置，也是往后推移并且循環(huán)的，擦除記錄前要把記錄更新到數(shù)據(jù)文件。

write pos 和 checkpoint 之間的是“粉板”上還空著的部分，可以用來記錄新的操作。如果write pos 追上 checkpoint，表示“粉板”滿了，這時候不能再執(zhí)行新的更新，得停下來先擦掉一些記錄，把 checkpoint 推進(jìn)一下。

有了 redo log，InnoDB 就可以保證即使數(shù)據(jù)庫發(fā)生異常重啟，之前提交的記錄都不會丟失，這個能力稱為crash-safe。

要理解 crash-safe 這個概念，可以想想我們前面賒賬記錄的例子。只要賒賬記錄記在了粉板上或?qū)懺诹速~本上，之后即使掌柜忘記了，比如突然停業(yè)幾天，恢復(fù)生意后依然可以通過賬本和粉板上的數(shù)據(jù)明確賒賬賬目。

重要的日志模塊：binlog

前面我們講過，MySQL 整體來看，其實就有兩塊：一塊是 Server 層，它主要做的是 MySQL功能層面的事情；還有一塊是引擎層，負(fù)責(zé)存儲相關(guān)的具體事宜。上面我們聊到的粉板 redo log 是 InnoDB 引擎特有的日志，而 Server 層也有自己的日志，稱為 binlog（歸檔日志）。我想你肯定會問，為什么會有兩份日志呢？

因為最開始 MySQL 里并沒有 InnoDB 引擎。MySQL 自帶的引擎是 MyISAM，但是 MyISAM沒有 crash-safe 的能力，binlog 日志只能用于歸檔。而 InnoDB 是另一個公司以插件形式引入MySQL 的，既然只依靠 binlog 是沒有 crash-safe 能力的，所以 InnoDB 使用另外一套日志系統(tǒng)——也就是 redo log 來實現(xiàn) crash-safe 能力。

這兩種日志有以下三點不同。

1. redo log 是 InnoDB 引擎特有的；binlog 是 MySQL 的 Server 層實現(xiàn)的，所有引擎都可以使用。
2. redo log 是物理日志，記錄的是“在某個數(shù)據(jù)頁上做了什么修改”；binlog 是邏輯日志，記錄的是這個語句的原始邏輯，比如“給 ID=2 這一行的 c 字段加 1 ”。
3. redo log 是循環(huán)寫的，空間固定會用完；binlog 是可以追加寫入的?！白芳訉憽笔侵竍inlog 文件寫到一定大小后會切換到下一個，并不會覆蓋以前的日志。有了對這兩個日志的概念性理解，我們再來看執(zhí)行器和 InnoDB 引擎在執(zhí)行這個簡單的 update語句時的內(nèi)部流程。
4. 執(zhí)行器先找引擎取 ID=2 這一行。ID 是主鍵，引擎直接用樹搜索找到這一行。如果 ID=2這一行所在的數(shù)據(jù)頁本來就在內(nèi)存中，就直接返回給執(zhí)行器；否則，需要先從磁盤讀入內(nèi)存，然后再返回。
5. 執(zhí)行器拿到引擎給的行數(shù)據(jù)，把這個值加上 1，比如原來是 N，現(xiàn)在就是 N 1，得到新的一行數(shù)據(jù)，再調(diào)用引擎接口寫入這行新數(shù)據(jù)。
6. 引擎將這行新數(shù)據(jù)更新到內(nèi)存中，同時將這個更新操作記錄到 redo log 里面，此時 redolog 處于 prepare 狀態(tài)。然后告知執(zhí)行器執(zhí)行完成了，隨時可以提交事務(wù)。
7. 執(zhí)行器生成這個操作的 binlog，并把 binlog 寫入磁盤。
8. 執(zhí)行器調(diào)用引擎的提交事務(wù)接口，引擎把剛剛寫入的 redo log 改成提交（commit）狀態(tài)，更新完成。這里我給出這個 update 語句的執(zhí)行流程圖，圖中淺色框表示是在 InnoDB 內(nèi)部執(zhí)行的，深色框表示是在執(zhí)行器中執(zhí)行的。

你可能注意到了，最后三步看上去有點“繞”，將 redo log 的寫入拆成了兩個步驟：prepare 和 commit，這就是"兩階段提交"。

兩階段提交

為什么必須有“兩階段提交”呢？這是為了讓兩份日志之間的邏輯一致。要說明這個問題，我們得從文章開頭的那個問題說起：怎樣讓數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到半個月內(nèi)任意一秒的狀態(tài)？

前面我們說過了，binlog 會記錄所有的邏輯操作，并且是采用“追加寫”的形式。如果你的DBA 承諾說半個月內(nèi)可以恢復(fù)，那么備份系統(tǒng)中一定會保存最近半個月的所有 binlog，同時系統(tǒng)會定期做整庫備份。這里的“定期”取決于系統(tǒng)的重要性，可以是一天一備，也可以是一周一備。

當(dāng)需要恢復(fù)到指定的某一秒時，比如某天下午兩點發(fā)現(xiàn)中午十二點有一次誤刪表，需要找回數(shù)據(jù)，那你可以這么做：
首先，找到最近的一次全量備份，如果你運(yùn)氣好，可能就是昨天晚上的一個備份，從這個備份恢復(fù)到臨時庫；然后，從備份的時間點開始，將備份的 binlog 依次取出來，重放到中午誤刪表之前的那個時刻。

這樣你的臨時庫就跟誤刪之前的線上庫一樣了，然后你可以把表數(shù)據(jù)從臨時庫取出來，按需要恢復(fù)到線上庫去。

好了，說完了數(shù)據(jù)恢復(fù)過程，我們回來說說，為什么日志需要“兩階段提交”。這里不妨用反證法來進(jìn)行解釋。

由于 redo log 和 binlog 是兩個獨立的邏輯，如果不用兩階段提交，要么就是先寫完 redo log再寫 binlog，或者采用反過來的順序。我們看看這兩種方式會有什么問題。

仍然用前面的 update 語句來做例子。假設(shè)當(dāng)前 ID=2 的行，字段 c 的值是 0，再假設(shè)執(zhí)行update 語句過程中在寫完第一個日志后，第二個日志還沒有寫完期間發(fā)生了 crash，會出現(xiàn)什么情況呢？

1. 先寫 redo log 后寫 binlog。假設(shè)在 redo log 寫完，binlog 還沒有寫完的時候，MySQL進(jìn)程異常重啟。由于我們前面說過的，redo log 寫完之后，系統(tǒng)即使崩潰，仍然能夠把數(shù)據(jù)恢復(fù)回來，所以恢復(fù)后這一行 c 的值是 1。但是由于 binlog 沒寫完就 crash 了，這時候 binlog 里面就沒有記錄這個語句。因此，之后備份日志的時候，存起來的 binlog 里面就沒有這條語句。然后你會發(fā)現(xiàn)，如果需要用這個 binlog 來恢復(fù)臨時庫的話，由于這個語句的 binlog 丟失，這個臨時庫就會少了這一次更新，恢復(fù)出來的這一行 c 的值就是 0，與原庫的值不同。
2. 先寫 binlog 后寫 redo log。如果在 binlog 寫完之后 crash，由于 redo log 還沒寫，崩潰恢復(fù)以后這個事務(wù)無效，所以這一行 c 的值是 0。但是 binlog 里面已經(jīng)記錄了“把 c 從 0 改成 1”這個日志。所以，在之后用 binlog來恢復(fù)的時候就多了一個事務(wù)出來，恢復(fù)出來的這一行 c 的值就是 1，與原庫的值不同。
3. 可以看到，如果不使用“兩階段提交”，那么數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)就有可能和用它的日志恢復(fù)出來的庫的狀態(tài)不一致。
   你可能會說，這個概率是不是很低，平時也沒有什么動不動就需要恢復(fù)臨時庫的場景呀？其實不是的，不只是誤操作后需要用這個過程來恢復(fù)數(shù)據(jù)。當(dāng)你需要擴(kuò)容的時候，也就是需要再多搭建一些備庫來增加系統(tǒng)的讀能力的時候，現(xiàn)在常見的做法也是用全量備份加上應(yīng)用 binlog來實現(xiàn)的，這個“不一致”就會導(dǎo)致你的線上出現(xiàn)主從數(shù)據(jù)庫不一致的情況。簡單說，redo log 和 binlog 都可以用于表示事務(wù)的提交狀態(tài)，而兩階段提交就是讓這兩個狀態(tài)保持邏輯上的一致。

小結(jié)

今天，我介紹了 MySQL 里面最重要的兩個日志，即物理日志 redo log 和邏輯日志 binlog。redo log 用于保證 crash-safe 能力。innodb_flush_log_at_trx_commit 這個參數(shù)設(shè)置成 1 的時候，表示每次事務(wù)的 redo log 都直接持久化到磁盤。這個參數(shù)我建議你設(shè)置成 1，這樣可以保證 MySQL 異常重啟之后數(shù)據(jù)不丟失。

sync_binlog 這個參數(shù)設(shè)置成 1 的時候，表示每次事務(wù)的 binlog 都持久化到磁盤。這個參數(shù)我也建議你設(shè)置成 1，這樣可以保證 MySQL 異常重啟之后 binlog 不丟失。

我還跟你介紹了與 MySQL 日志系統(tǒng)密切相關(guān)的“兩階段提交”。兩階段提交是跨系統(tǒng)維持?jǐn)?shù)據(jù)邏輯一致性時常用的一個方案，即使你不做數(shù)據(jù)庫內(nèi)核開發(fā)，日常開發(fā)中也有可能會用到。文章的最后，我給你留一個思考題吧。前面我說到定期全量備份的周期“取決于系統(tǒng)重要性，有的是一天一備，有的是一周一備”。那么在什么場景下，一天一備會比一周一備更有優(yōu)勢呢？或者說，它影響了這個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的哪個指標(biāo)？