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必须了解的MySQL三大日志:binlog、redo log和undo log

作为开发,我们重点需要关注的是二进制日志(binlog)和事务日志(包括redo log和undo log),本文接下来会详细介绍这三种日志。

作者:六点半起床来源:Java知音|2020-08-20 12:10

日志是mysql数据库的重要组成部分,记录着数据库运行期间各种状态信息。mysql日志主要包括错误日志、查询日志、慢查询日志、事务日志、二进制日志几大类。作为开发,我们重点需要关注的是二进制日志(binlog)和事务日志(包括redo log和undo log),本文接下来会详细介绍这三种日志。

binlog

binlog用于记录数据库执行的写入性操作(不包括查询)信息,以二进制的形式保存在磁盘中。binlog是mysql的逻辑日志,并且由Server层进行记录,使用任何存储引擎的mysql数据库都会记录binlog日志。

  • 逻辑日志:可以简单理解为记录的就是sql语句。
  •  物理日志:因为mysql数据最终是保存在数据页中的,物理日志记录的就是数据页变更。

binlog是通过追加的方式进行写入的,可以通过max_binlog_size参数设置每个binlog文件的大小,当文件大小达到给定值之后,会生成新的文件来保存日志。

binlog使用场景

在实际应用中,binlog的主要使用场景有两个,分别是主从复制和数据恢复。

  •  主从复制:在Master端开启binlog,然后将binlog发送到各个Slave端,Slave端重放binlog从而达到主从数据一致。
  •  数据恢复:通过使用mysqlbinlog工具来恢复数据。

binlog刷盘时机

对于InnoDB存储引擎而言,只有在事务提交时才会记录biglog,此时记录还在内存中,那么biglog是什么时候刷到磁盘中的呢?mysql通过sync_binlog参数控制biglog的刷盘时机,取值范围是0-N:

  •  0:不去强制要求,由系统自行判断何时写入磁盘;
  •  1:每次commit的时候都要将binlog写入磁盘;
  •  N:每N个事务,才会将binlog写入磁盘。

从上面可以看出,sync_binlog最安全的是设置是1,这也是MySQL 5.7.7之后版本的默认值。但是设置一个大一些的值可以提升数据库性能,因此实际情况下也可以将值适当调大,牺牲一定的一致性来获取更好的性能。

推荐阅读:Java面试题拆解

binlog日志格式

binlog日志有三种格式,分别为STATMENT、ROW和MIXED。

在 MySQL 5.7.7之前,默认的格式是STATEMENT,MySQL 5.7.7之后,默认值是ROW。日志格式通过binlog-format指定。

STATMENT

基于SQL语句的复制(statement-based replication, SBR),每一条会修改数据的sql语句会记录到binlog中。

  •  优点:不需要记录每一行的变化,减少了binlog日志量,节约了IO, 从而提高了性能;
  •  缺点:在某些情况下会导致主从数据不一致,比如执行sysdate()、slepp()等。

ROW

基于行的复制(row-based replication, RBR),不记录每条sql语句的上下文信息,仅需记录哪条数据被修改了。

  •  优点:不会出现某些特定情况下的存储过程、或function、或trigger的调用和触发无法被正确复制的问题;
  •  缺点:会产生大量的日志,尤其是alter table的时候会让日志暴涨

MIXED

基于STATMENT和ROW两种模式的混合复制(mixed-based replication, MBR),一般的复制使用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

redo log

为什么需要redo log

我们都知道,事务的四大特性里面有一个是持久性,具体来说就是只要事务提交成功,那么对数据库做的修改就被永久保存下来了,不可能因为任何原因再回到原来的状态。那么mysql是如何保证一致性的呢?最简单的做法是在每次事务提交的时候,将该事务涉及修改的数据页全部刷新到磁盘中。但是这么做会有严重的性能问题,主要体现在两个方面:

  •  因为Innodb是以页为单位进行磁盘交互的,而一个事务很可能只修改一个数据页里面的几个字节,这个时候将完整的数据页刷到磁盘的话,太浪费资源了!
  •  一个事务可能涉及修改多个数据页,并且这些数据页在物理上并不连续,使用随机IO写入性能太差!

因此mysql设计了redo log,具体来说就是只记录事务对数据页做了哪些修改,这样就能完美地解决性能问题了(相对而言文件更小并且是顺序IO)。

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redo log基本概念

redo log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)。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。这种先写日志,再写磁盘的技术就是MySQL里经常说到的WAL(Write-Ahead Logging) 技术。

在计算机操作系统中,用户空间(user space)下的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内核空间(kernel space)缓冲区(OS Buffer)。因此,redo log buffer写入redo log file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中,过程如下:

mysql支持三种将redo log buffer写入redo log file的时机,可以通过innodb_flush_log_at_trx_commit参数配置,各参数值含义如下:

redo log记录形式

前面说过,redo log实际上记录数据页的变更,而这种变更记录是没必要全部保存,因此redo log实现上采用了大小固定,循环写入的方式,当写到结尾时,会回到开头循环写日志。如下图:

同时我们很容易得知,在innodb中,既有redo log需要刷盘,还有数据页也需要刷盘,redo log存在的意义主要就是降低对数据页刷盘的要求。在上图中,write pos表示redo log当前记录的LSN(逻辑序列号)位置,check point表示数据页更改记录刷盘后对应redo log所处的LSN(逻辑序列号)位置。

write pos到check point之间的部分是redo log空着的部分,用于记录新的记录;check point到write pos之间是redo log待落盘的数据页更改记录。当write pos追上check point时,会先推动check point向前移动,空出位置再记录新的日志。

启动innodb的时候,不管上次是正常关闭还是异常关闭,总是会进行恢复操作。因为redo log记录的是数据页的物理变化,因此恢复的时候速度比逻辑日志(如binlog)要快很多。

重启innodb时,首先会检查磁盘中数据页的LSN,如果数据页的LSN小于日志中的LSN,则会从checkpoint开始恢复。

还有一种情况,在宕机前正处于checkpoint的刷盘过程,且数据页的刷盘进度超过了日志页的刷盘进度,此时会出现数据页中记录的LSN大于日志中的LSN,这时超出日志进度的部分将不会重做,因为这本身就表示已经做过的事情,无需再重做。

redo log与binlog区别

由binlog和redo log的区别可知:binlog日志只用于归档,只依靠binlog是没有crash-safe能力的。但只有redo log也不行,因为redo log是InnoDB特有的,且日志上的记录落盘后会被覆盖掉。因此需要binlog和redo log二者同时记录,才能保证当数据库发生宕机重启时,数据不会丢失。

undo log

数据库事务四大特性中有一个是原子性,具体来说就是 原子性是指对数据库的一系列操作,要么全部成功,要么全部失败,不可能出现部分成功的情况。

实际上,原子性底层就是通过undo log实现的。undo log主要记录了数据的逻辑变化,比如一条INSERT语句,对应一条DELETE的undo log,对于每个UPDATE语句,对应一条相反的UPDATE的undo log,这样在发生错误时,就能回滚到事务之前的数据状态。推荐阅读:Java面试题拆解

同时,undo log也是MVCC(多版本并发控制)实现的关键,这部分内容在面试中的老大难-mysql事务和锁,一次性讲清楚!中有介绍,不再赘述。

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【责任编辑:庞桂玉 TEL:(010)68476606】

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