MySQL日志15连问

Posted 2022-10-14

前言

大家好，我是田螺哥。金九银十已经来了，整理了15道经典mysql日志面试题，希望对大家有帮助。

1. redo log是什么? 为什么需要redo log？

redo log 是什么呢?

• redo log 是重做日志。
• 它记录了数据页上的改动。
• 它指事务中修改了的数据，将会备份存储。
• 发生数据库服务器宕机、或者脏页未写入磁盘，可以通过redo log恢复。
• 它是Innodb存储引擎独有的

为什么需要 redo log？

• redo log主要用于MySQL异常重启后的一种数据恢复手段，确保了数据的一致性。
• 其实是为了配合MySQL的WAL机制。因为MySQL进行更新操作，为了能够快速响应，所以采用了异步写回磁盘的技术，写入内存后就返回。但是这样，会存在crash后内存数据丢失的隐患，而redo log具备crash safe的能力。

2. 什么是WAL技术, 好处是什么.

• WAL，中文全称是Write-Ahead Logging，它的关键点就是日志先写内存，再写磁盘。MySQL执行更新操作后，在真正把数据写入到磁盘前，先记录日志。
• 好处是不用每一次操作都实时把数据写盘，就算crash后也可以通过redo log恢复，所以能够实现快速响应SQL语句。

3. redo log的写入方式

redo log包括两部分内容，分别是内存中的日志缓冲(redo log buffer)和磁盘上的日志文件(redo log file)。

mysql每执行一条DML语句，会先把记录写入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WAL。

在计算机操作系统中，用户空间(user space)下的缓冲区数据，一般是无法直接写入磁盘的，必须经过操作系统内核空间缓冲区(即OS Buffer)。

• 日志最开始会写入位于存储引擎Innodb的redo log buffer，这个是在用户空间完成的。
• 然后再将日志保存到操作系统内核空间的缓冲区(OS buffer)中。
• 最后，通过系统调用​​fsync()​​，从OS buffer写入到磁盘上的redo log file中，完成写入操作。这个写入磁盘的操作，就叫做刷盘。

我们可以发现，redo log buffer写入到redo log file，是经过OS buffer中转的。其实可以通过参数​​innodb_flush_log_at_trx_commit​​进行配置，参数值含义如下：

• 0：称为延迟写，事务提交时不会将redo log buffer中日志写入到OS buffer，而是每秒写入OS buffer并调用写入到redo log file中。
• 1：称为实时写，实时刷”，事务每次提交都会将redo log buffer中的日志写入OS buffer并保存到redo log file中。
• 2：称为实时写，延迟刷。每次事务提交写入到OS buffer，然后是每秒将日志写入到redo log file。

4. Redo log的执行流程

我们来看下Redo log的执行流程，假设执行的SQL如下：

update T set a =1 where id =666

Redo log的执行流程

1. MySQL客户端将请求语句​​update T set a =1 where id =666​​，发往MySQL Server层。
2. MySQL Server 层接收到SQL请求后，对其进行分析、优化、执行等处理工作，将生成的SQL执行计划发到InnoDb存储引擎层执行。
3. InnoDb存储引擎层将a修改为1的这个操作记录到内存中。
4. 记录到内存以后会修改redo log 的记录，会在添加一行记录，其内容是需要在哪个数据页上做什么修改。
5. 此后，将事务的状态设置为prepare ，说明已经准备好提交事务了。
6. 等到MySQL Server层处理完事务以后，会将事务的状态设置为commit，也就是提交该事务。
7. 在收到事务提交的请求以后，redo log会把刚才写入内存中的操作记录写入到磁盘中，从而完成整个日志的记录过程。

5. redo log 为什么可以保证crash safe机制呢？

• 因为redo log每次更新操作完成后，就一定会写入的，如果写入失败，说明此次操作失败，事务也不可能提交。
• redo log内部结构是基于页的，记录了这个页的字段值变化，只要crash后读取redo log进行重放，就可以恢复数据。

6. binlog的概念是什么, 起到什么作用, 可以保证crash-safe吗?

• bin log是归档日志，属于MySQL Server层的日志。可以实现主从复制和数据恢复两个作用。
• 当需要恢复数据时，可以取出某个时间范围内的bin log进行重放恢复。
• 但是bin log不可以做crash safe，因为crash之前，bin log可能没有写入完全MySQL就挂了。所以需要配合redo log才可以进行crash safe。

7. binlog和redolog的不同点有哪些?

8. 执行器和innoDB在执行update语句时候的流程是什么样的?

• 执行器在优化器选择了索引后，会调用InnoDB读接口，读取要更新的行到内存中
• 执行SQL操作后，更新到内存，然后写redo log，写bin log，此时即为完成。
• 后续InnoDB会在合适的时候把此次操作的结果写回到磁盘。

9. 如果数据库误操作, 如何执行数据恢复?

数据库在某个时候误操作，就可以找到距离误操作最近的时间节点的bin log，重放到临时数据库里，然后选择误删的数据节点，恢复到线上数据库。

10. binlog日志三种格式

binlog日志有三种格式

• Statement：基于SQL语句的复制((statement-based replication,SBR))
• Row:基于行的复制。(row-based replication,RBR)
• Mixed:混合模式复制。(mixed-based replication,MBR)

Statement格式

每一条会修改数据的sql都会记录在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，提高性能。
• 缺点：由于记录的只是执行语句，为了这些语句能在备库上正确运行，还必须记录每条语句在执行的时候的一些相关信息，以保证所有语句能在备库得到和在主库端执行时候相同的结果。

Row格式

不记录sql语句上下文相关信息，仅保存哪条记录被修改。

• 优点：binlog中可以不记录执行的sql语句的上下文相关的信息，仅需要记录那一条记录被修改成什么了。所以rowlevel的日志内容会非常清楚的记录下每一行数据修改的细节。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:可能会产生大量的日志内容。

Mixed格式

实际上就是Statement与Row的结合。一般的语句修改使用statment格式保存binlog，如一些函数，statement无法完成主从复制的操作，则采用row格式保存binlog,MySQL会根据执行的每一条具体的sql语句来区分对待记录的日志形式

11. 什么是MySQL两阶段提交, 为什么需要两阶段提交?

其实所谓的两阶段就是把一个事务分成两个阶段来提交。

两阶段提交

两阶段提交主要有三步曲：

1. redo log在写入后，进入prepare状态
2. 执行器写入bin log
3. 进入commit状态，事务可以提交。

为什么需要两阶段提交呢?

• 如果不用两阶段提交的话，可能会出现这样情况：bin log写入之前，机器crash导致需要重启。重启后redo log继续重放crash之前的操作，而当bin log后续需要作为备份恢复时，会出现数据不一致的情况。
• 如果是bin log commit之前crash，那么重启后，发现redo log是prepare状态且bin log完整（bin log写入成功后，redo log会有bin log的标记），就会自动commit，让存储引擎提交事务。
• 两阶段提交就是为了保证redo log和binlog数据的安全一致性。只有在这两个日志文件逻辑上高度一致了。你才能放心的使用redo log帮你将数据库中的状态恢复成crash之前的状态，使用binlog实现数据备份、恢复、以及主从复制。

12. 如果不是两阶段提交, 先写redo log和先写bin log两种情况各会遇到什么问题?

• 先写redo log，crash后bin log备份恢复时少了一次更新，与当前数据不一致。
• 先写bin log，crash后，由于redo log没写入，事务无效，所以后续bin log备份恢复时，数据不一致。

13. binlog刷盘机制

所有未提交的事务产生的binlog，都会被先记录到binlog的缓存中。等该事务提交时，再将缓存中的数据写入binlog日志文件中。缓存的大小由参数​​binlog_chache_size​​控制。

binlog什么时候刷新到磁盘呢？由参数​​sync_binlog​​控制

• 当​​sync_binlog​​为0时，表示MySQL不控制binlog的刷新，而是由系统自行判断何时写入磁盘。选这种策略，一旦操作系统宕机，缓存中的binlog就会丢失。
• ​​sync_binlog​​为N时，每N个事务，才会将binlog写入磁盘。。
• 当​​sync_binlog​​为1时，则表示每次commit，都将binlog 写入磁盘。

来看一个比较完整的流程图吧：

14.undo log 是什么？它有什么用

• undo log 叫做回滚日志，用于记录数据被修改前的信息。
• 它跟redo log重做日志所记录的相反，重做日志记录数据被修改后的信息。undo log主要记录的是数据的逻辑变化，为了在发生错误时回滚之前的操作，需要将之前的操作都记录下来，这样发生错误时才可以回滚。

15. 说说Redo log的记录方式

redo log的大小是固定。它采用循环写的方式记录，当写到结尾时，会回到开头循环写日志。如下图（图片来源网络）：

redo log 循环写入

redo log buffer(内存中)是由首尾相连的四个文件组成的，它们分别是：ib_logfile_1、ib_logfile_2、ib_logfile_3、ib_logfile_4。

• write pos表示当前写入记录位置(写入磁盘的数据页的逻辑序列位置)
• check point表示刷盘(写入磁盘)后对应的位置。
• write pos到check point之间的部分用来记录新日志，也就是留给新记录的空间。
• check point到write pos之间是待刷盘的记录，如果不刷盘会被新记录覆盖。

有了 redo log，当数据库发生宕机重启后，可通过 redo log将未落盘的数据（check point之后的数据）恢复，保证已经提交的事务记录不会丢失，这种能力称为crash-safe。

参考与感谢

• ​​跟着老司机吃透Redo log 与 Binlog​​
• 全网最牛X的！！！MySQL两阶段提交串讲

《MySQL 实战 45 讲》