MySQL数据库的binlog(归档日志)与redo log(重做日志) |
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MySQL数据库的binlog(归档日志)与redo log(重做日志)
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一 MySQL基础架构分析 在了解binlog和redo log之前先来了解一下MySQL数据的基础架构，知道了 MySQL 由那些组件组成？以及这些组件的作用是什么？ Mysql基本架构概览
简单来说 MySQL 主要分为 Server 层和存储引擎层： Server 层：主要包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等，所有跨存储引擎的功能都在这一层实现，比如存储过程、触发器、视图，函数等，还有一个通用的日志模块 binglog 日志模块。存储引擎： 主要负责数据的存储和读取，采用可以替换的插件式架构，支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多个存储引擎，其中 InnoDB 引擎有自有的日志模块 redolog 模块。现在最常用的存储引擎是 InnoDB，它从 MySQL 5.5.5 版本开始就被当做默认存储引擎了。 service层基本组件介绍 连接器： 身份认证和权限相关。主要负责用户登录数据库，进行用户的身份认证，包括校验账户密码，权限等操作。查询缓存: 执行查询语句的时候，会先查询缓存（MySQL 8.0 版本后移除，因为这个功能不太实用）。主要用来缓存我们所执行的 SELECT 语句以及该语句的结果集。分析器: 没有命中缓存的话，SQL 语句就会经过分析器，分析器说白了就是要先看你的 SQL 语句要干嘛，再检查你的 SQL 语句语法是否正确。分析器内也分为：词法分析和语法分析。词法分析简单来讲就是一条 SQL 语句由多个字符串组成，词法分析器要提取关键字，比如 select，提出查询的表，提出字段名，提出查询条件等等。做完这些操作后，就会进入语法分析。语法分析主要就是判断你输入的 sql 是否正确，是否符合 MySQL 的语法。优化器： 按照 MySQL 认为最优的方案去执行。比如多个索引的时候该如何选择索引，多表查询的时候如何选择关联顺序等。执行器: 执行语句，然后从存储引擎返回数据。当选择了执行方案后，MySQL 就准备开始执行了，首先执行前会校验该用户有没有权限，如果没有权限，就会返回错误信息，如果有权限，就会去调用引擎的接口，返回接口执行的结果。 二 语句分析了解完MySQL基础架构之后，那么我们的SQL语句到底是怎么执行的呢？在这里我们可以把SQL语句分为两类，一类是查询语句，另一类是更新语句（新增、更新和删除）。 2.1查询语句分析 select * from tb_student A where A.age='18' and A.name=' 张三 ';我们分析一下这条SQL语句的执行过程： 先检查该语句是否有权限，如果没有权限，直接返回错误信息，如果有权限，在 MySQL8.0 版本以前，会先查询缓存，以这条 sql 语句为 key 在内存中查询是否有结果，如果有直接拿到缓存并返回结果，如果没有，执行下一步。 通过分析器进行词法分析，提取 sql 语句的关键元素，比如提取上面这个语句是查询 select，提取需要查询的表名为 tb_student,需要查询所有的列，查询条件是这个表的 id='1'。然后判断这个 sql 语句是否有语法错误，比如关键词是否正确等等，如果检查没问题就执行下一步。 接下来就是优化器进行确定执行方案，上面的 sql 语句，可以有两种执行方案： a.先查询学生表中姓名为“张三”的学生，然后判断是否年龄是 18。 b.先找出学生中年龄 18 岁的学生，然后再查询姓名为“张三”的学生。优化器会根据自己的优化算法进行选择执行效率最好的一个方案（优化器认为，有时候不一定最好）。确定完了执行计划后就准备开始执行了。 进行权限校验，如果没有权限就会返回错误信息，如果有权限就会调用数据库引擎接口，返回引擎的执行结果。 2.2更新语句分析以上就是一条查询 sql 的执行流程，那么接下来我们看看一条更新语句如何执行的呢？sql 语句如下： update tb_student A set A.age='19' where A.name=' 张三 ';这条语句也基本上会沿着上一个查询的流程走，只不过执行更新操作的时候需要将其记录到日志中，这就会引入日志模块了。MySQL 自带的日志模块式 binlog（归档日志） ，所有的存储引擎都可以使用。InnoDB 引擎还自带了一个日志模块 redo log（重做日志），我们就以 InnoDB 模式下来探讨这个语句的执行流程。流程如下： 先查询到张三这一条数据，如果有缓存，也是会用到缓存。然后拿到查询的语句，把 age 改为 19，然后调用引擎 API 接口，写入这一行数据，InnoDB 引擎把数据保存在内存中，同时记录 redo log，此时 redo log 进入 prepare 状态，然后告诉执行器，执行完成了，随时可以提交。执行器收到通知后记录 binlog，然后调用引擎接口，提交 redo log 为提交状态。更新完成。这里肯定有同学会问，为什么要用两个日志模块，用一个日志模块不行吗? 这是因为最开始 MySQL 并没与 InnoDB 引擎( InnoDB 引擎是其他公司以插件形式插入 MySQL 的) ，MySQL 自带的引擎是 MyISAM，但是我们知道 redo log 是 InnoDB 引擎特有的，其他存储引擎都没有，这就导致会没有 crash-safe 的能力(crash-safe 的能力即使数据库发生异常重启，之前提交的记录都不会丢失)，binlog 日志只能用来归档。 并不是说只用一个日志模块不可以，只是 InnoDB 引擎就是通过 redo log 来支持事务的。那么，又会有同学问，我用两个日志模块，但是不要这么复杂行不行，为什么 redo log 要引入 prepare 预提交状态？这里我们用反证法来说明下为什么要这么做？ 先写 redo log 直接提交，然后写 binlog，假设写完 redo log 后，机器挂了，binlog 日志没有被写入，那么机器重启后，这台机器会通过 redo log 恢复数据，但是这个时候 bingog 并没有记录该数据，后续进行机器备份的时候，就会丢失这一条数据，同时主从同步也会丢失这一条数据。先写 binlog，然后写 redo log，假设写完了 binlog，机器异常重启了，由于没有 redo log，本机是无法恢复这一条记录的，但是 binlog 又有记录，那么和上面同样的道理，就会产生数据不一致的情况。如果采用 redo log 两阶段提交的方式就不一样了，写完 binglog 后，然后再提交 redo log 就会防止出现上述的问题，从而保证了数据的一致性。那么问题来了，有没有一个极端的情况呢？假设 redo log 处于预提交状态，binglog 也已经写完了，这个时候发生了异常重启会怎么样呢？ 这个就要依赖于 MySQL 的处理机制了，MySQL 的处理过程如下： 判断 redo log 是否完整，如果判断是完整的，就立即提交。如果 redo log 只是预提交但不是 commit 状态，这个时候就会去判断 binlog 是否完整，如果完整就提交 redo log, 不完整就回滚事务。这样就解决了数据一致性的问题。 三 redo log 和 binlog 接下来我们详细的介绍redo log和binlog 日志模块：redo log在 MySQL 中，如果每一次的更新操作都需要写进磁盘，然后磁盘也要找到对应的那条记录，然后再更新，整个过程 IO 成本、查找成本都很高。为了解决这个问题，MySQL 的设计者就采用了日志（redo log）来提升更新效率。 而日志和磁盘配合的整个过程，其实就是 MySQL 里的 WAL 技术，WAL 的全称是 Write-Ahead Logging，它的关键点就是先写日志，再写磁盘。 具体来说，当有一条记录需要更新的时候，InnoDB 引擎就会先把记录写到 redo log（redolog buffer）里面，并更新内存（buffer pool），这个时候更新就算完成了。同时，InnoDB 引擎会在适当的时候（如系统空闲时），将这个操作记录更新到磁盘里面（刷脏页）。 redo log 是 InnoDB 存储引擎层的日志，又称重做日志文件，redo log 是循环写的，redo log 不是记录数据页更新之后的状态，而是记录这个页做了什么改动。 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，那么日志总共就可以记录 4GB 的操作。从头开始写，写到末尾就又回到开头循环写，如下图所示。
图中展示了一组 4 个文件的 redo log 日志，checkpoint 是当前要擦除的位置，擦除记录前需要先把对应的数据落盘（更新内存页，等待刷脏页）。write pos 到 checkpoint 之间的部分可以用来记录新的操作，如果 write pos 和 checkpoint 相遇，说明 redolog 已满，这个时候数据库停止进行数据库更新语句的执行，转而进行 redo log 日志同步到磁盘中。checkpoint 到 write pos 之间的部分等待落盘（先更新内存页，然后等待刷脏页）。 有了 redo log 日志，那么在数据库进行异常重启的时候，可以根据 redo log 日志进行恢复，也就达到了 crash-safe。 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。这个参数建议设置成 1，这样可以保证 MySQL 异常重启之后数据不丢失。 日志模块：binlogMySQL 整体来看，其实就有两块：一块是 Server 层，它主要做的是 MySQL 功能层面的事情；还有一块是引擎层，负责存储相关的具体事宜。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）。 binlog 属于逻辑日志，是以二进制的形式记录的是这个语句的原始逻辑，依靠 binlog 是没有 crash-safe 能力的。 binlog 有两种模式，statement 格式的话是记 sql 语句，row 格式会记录行的内容，记两条，更新前和更新后都有。 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。这个参数也建议设置成 1，这样可以保证 MySQL 异常重启之后 binlog 不丢失。 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。 redo log 和 binlog 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。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。参考链接： https://www.cnblogs.com/wupeixuan/p/11734501.html#1425468903 https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2OTA0Njk0OA==&mid=2247485097&idx=1&sn=84c89da477b1338bdf3e9fcd65514ac1&chksm=cea24962f9d5c074d8d3ff1ab04ee8f0d6486e3d015cfd783503685986485c11738ccb542ba7&token=79317275&lang=zh_CN#rd |
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