【MySQL】深入解析日志系统：undo log、redo log、bin log

前言

MySQL数据库提供了功能强大的日志系统，其中比较重要的是：undolog、redolog、binlog，今天来深入学习下这三个日志实现细节。

1、undo log

1.1、undo log 是什么

undolog一般叫回滚日志，事务回滚rollback功能就是通过undolog实现的，通过undolog保证了为事务的原子性，undolog主要功能如下：

• 事务回滚
• MVCC

1.2、事务回滚

当开启一段事务还未提交时，事务中的操作可能会出现错误异常，这时候就可以通过undo log将事务中的操作进行回滚（rollback），意思是回到事务开启前那个状态。例如：开启事务后我对表中某条记录进行修改（将该记录字段值由a ——> b ——> c），如果从整个修改过程中出现异常，事务就会回滚，字段的值就回到最初的起点（值为a）。

事务如何通过undo log进行回滚操作呢？这个很好理解，我们只需要在undo log日志中记录事务中的反向操作即可，发生回滚时直接通过undolog中记录的反向操作进行恢复，例如：

事务进行insert操作，undo log记录delete操作
事务进行delete操作，undo log记录insert操作
事务进行update操作（a改为b），undolog记录update操作（b改为a）

接下来了解一下事务是如何通过undo log完成回滚的（undo log版本链），对于InnoDB存储引擎而言，数据页中的每行数据都会分配两个字段：trx_id和roll_pointer，在了解这个之后就通过一张图直观的表达undo log记录了：

上图中，trx_id代表事务id，记录了这一系列事务操作是基于哪个事务；roll_pointer代表回滚指针，就是当要发生rollback回滚操作时，就通过roll_pointer进行回滚，这个链表称为版本链。

buffer pool 中有 undo 页，不仅对数据页修改操作会记录到redo log buffer，对 undo 页修改操作也会记录到 redo log buffer，这样就通过redo log保证了事务持久性。

当事务Commit之后，undo 页本身就没有利用价值了，此时通过后台线程中的Master Thread或Purge Thread进行 undo 页 的回收工作。

2、redo log

2.1、redo log 是什么

redo log又称重做日志，保证了事务的持久性，当我们对缓冲池中的数据页进行了修改（修改后变成脏页），但是脏页数据是存在于Buffer Pool缓冲池，缓冲池占用的就是操作系统内存空间，所以数据页本质也是存在内存中的，内存有个特点就是断电即失。

所以当脏页数据还没有刷入磁盘，此时数据库服务发生宕机，那么脏页数据就会因为宕机而丢失，如何恢复这些没刷盘得脏页数据呢？这时候redo log就派上了用场，具体流程可参考下图：

redo log通过WAL（Write-Ahead Logging）来进行故障恢复（crash-safe），所谓WAL大白话先写日志，后写磁盘。当我们对缓存页进行了修改后（变成脏页），我们就将本次操作写入到redo log buffer中，当事务Commit时就先将redo log buffer中记录通过后台线程刷到磁盘中（事务提交是redo log默认刷盘时机），此时脏页还没有刷入磁盘，但只要redo log成功刷盘就可以认为本次的修改操作完成了，因为就算发生了故障导致脏页数据丢失也可以通过磁盘redo log恢复，需要注意redo log记录的是物理操作，例如：对AAA数据页BBB偏移量位置做了CCC更新，这跟undo log区别还是挺大的：

事务提交前崩溃，通过 undo log 回滚事务
事务提交后崩溃，通过 redo log 恢复事务

2.2、redo log 刷盘

上面已经介绍过了，redo log记录先写入到redo log buffer中，然后通过后台线程进行刷盘，也就是说最后还是从 redo log buffer 同步到硬盘中，那么redo log buffer何时进行刷盘操作呢？主要是以下几种情况，默认情况下，redo log在事务提交时就会进行一次redo log刷盘：

• Master Thread每秒刷盘一次
• redo log buffer 剩余空间 < 1/2
• 通过innodb_flush_log_at_trx_commit参数控制
  • 0：有事务提交的情况下，每秒刷盘一次
  • 1：每次提交事务，刷盘一次（默认，性能差）
  • 2：每次提交事务，把日志记录放到OS内核缓冲区，刷盘时机交给OS（性能好）

这有个疑问点，为啥事务提交时不直接将脏页刷盘呢，何苦还要将 redo log buffer 中记录进行刷盘，然后脏页再刷盘呢，这不多了一步流程吗？之所以多了 redo log 刷盘这步操作，主要原因：

redo log 刷盘操作采用磁盘顺序写方式进行的
缓存页刷盘操作采用随机写方式
顺序写比随机写性能更优秀

2.3、redo log 硬盘文件

上面提到了redo log的刷盘操作采用顺序写方式进行，接下来咱们看下 redo log 文件在硬盘中是怎样的方式存在的。

redo log文件好像一个甜甜圈