Mysql的Binlog原理

Posted 2021-10-09 想你就写信

什么是二进制日志(binlog)

binlog是记录所有数据库表结构变更（例如CREATE、ALTER TABLE…）以及表数据修改（INSERT、UPDATE、DELETE…）的二进制日志。

binlog不会记录SELECT和SHOW这类操作，因为这类操作对数据本身并没有修改，但你可以通过查询通用日志来查看mysql执行过的所有语句。

二进制日志包括两类文件：二进制日志索引文件（文件名后缀为.index）用于记录所有的二进制文件，二进制日志文件（文件名后缀为.00000*）记录数据库所有的DDL和DML(除了数据查询语句)语句事件。

什么是事务日志

innodb事务日志包括redo log和undo log。

undo log指事务开始之前， 在操作任何数据之前,首先将需操作的数据备份到一个地方

redo log指事务中操作的任何数据,将最新的数据备份到一个地方

事务日志的目的：实例或者介质失败，事务日志文件就能派上用场。

1.redo log不是随着事务的提交才写入的，而是在事务的执行过程中，便开始写入redo 中。具体 的落盘策略可以进行配置 。防止在发生故障的时间点，尚有脏页未写入磁盘，在重启mysql服务的时候，根据redo log进行重做，从而达到事务的未入磁盘数据进行持久化这一特性。RedoLog是为了实现事务的持久性而出现的产物
2.undo log用来回滚行记录到某个版本。事务未提交之前，Undo保存了未提交之前的版本数据，Undo中的数据可作为数据旧版本快照供其他并发事务进行快照读。是为了实现事务的原子性而出现的产物,在Mysql innodb存储引擎中用来实现多版本并发控制

Redolog知识补充

指定Redo log 记录在{datadir}/ib_logfile1&ib_logfile2 可通过innodb_log_group_home_dir 配置指定 目录存储

一旦事务成功提交且数据持久化落盘之后，此时Redo log中的对应事务数据记录就失去了意义，所 以Redo log的写入是日志文件循环写入的

指定Redo log日志文件组中的数量 innodb_log_files_in_group 默认为2

指定Redo log每一个日志文件最大存储量innodb_log_file_size 默认48

指定Redo log在cache/buffer中的buffer池大小innodb_log_buffer_size 默认16Redo buffer 持久化Redo log的策略， Innodb_flush_log_at_trx_commit：

取值 0 每秒提交 Redo buffer --> Redo log OS cache -->flush cache to disk[可能丢失一秒的事务数据]

取值 1 默认值，每次事务提交执行Redo buffer --> Redo log OS cache -->flush cache to dis[最安全，性能最差的方式]

取值 2 每次事务提交执行Redo buffer --> Redo log OS cache 再每一秒执行 ->flush cache tdisk操作

快照读和当前读

快照读：SQL读取的数据是快照版本，也就是历史版本，普通的SELECT就是快照读 innodb快照读，数据的读取将由 cache(原本数据) + undo(事务修改过的数据) 两部分组成

当前读：SQL读取的数据是最新版本。通过锁机制来保证读取的数据无法通过其他事务进行修改 UPDATE、DELETE、INSERT、SELECT … LOCK IN SHARE MODE、SELECT … FOR UPDATE都是 当前读

Undo + Redo事务的简化过程

假设有A、B两个数据，值分别为1,2，开始一个事务，事务的操作内容为：把1修改为3，2修改为4，那么实际的记录如下（简化）：

1. A.事务开始.
2. B.记录A=1到undo log.
3. C.修改A=3.
4. D.记录A=3到redo log.
5. E.记录B=2到undo log.
6. F.修改B=4.
7. G.记录B=4到redo log.
8. H.将redo log写入磁盘。
9. I.事务提交

二进制日志处理事务和非事务性语句的区别

在事务性语句（update）执行过程中，服务器将会进行额外的处理，在服务器执行时多个事务是并行执行的，为了把他们的记录在一起，需要引入事务日志的概念。在事务完成被提交的时候一同刷新到二进制日志。对于非事务性语句（insert，delete）的处理。遵循以下3条规则：

1）如果非事务性语句被标记为事务性，那么将被写入重做日志。

2）如果没有标记为事务性语句，而且重做日志中没有，那么直接写入二进制日志。

3）如果没有标记为事务性的，但是重做日志中有，那么写入重做日志。

注意如果在一个事务中有非事务性语句，那么将会利用规则2，优先将该影响非事务表语句直接写入二进制日志。

XA的概念

XA(分布式事务)规范主要定义了(全局)事务管理器(TM: Transaction Manager)和(局部)资源管理器(RM: Resource Manager)之间的接口。XA为了实现分布式事务，将事务的提交分成了两个阶段：也就是2PC (tow phase commit)，XA协议就是通过将事务的提交分为两个阶段来实现分布式事务。

两阶段

1）prepare 阶段

事务管理器向所有涉及到的数据库服务器发出prepare"准备提交"请求，数据库收到请求后执行数据修改和日志记录等处理，处理完成后只是把事务的状态改成"可以提交",然后把结果返回给事务管理器。即：为prepare阶段，TM向RM发出prepare指令，RM进行操作，然后返回成功与否的信息给TM。

2）commit 阶段

事务管理器收到回应后进入第二阶段，如果在第一阶段内有任何一个数据库的操作发生了错误，或者事务管理器收不到某个数据库的回应，则认为事务失败，回撤所有数据库的事务。数据库服务器收不到第二阶段的确认提交请求，也会把"可以提交"的事务回撤。如果第一阶段中所有数据库都提交成功，那么事务管理器向数据库服务器发出"确认提交"请求，数据库服务器把事务的"可以提交"状态改为"提交完成"状态，然后返回应答。即：为事务提交或者回滚阶段，如果TM收到所有RM的成功消息，则TM向RM发出提交指令；不然则发出回滚指令。

• 外部与内部XA

MySQL中的XA实现分为：外部XA和内部XA。前者是指我们通常意义上的分布式事务实现；后者是指单台MySQL服务器中，Server层作为TM(事务协调者，通常由binlog模块担当)，而服务器中的多个数据库实例作为RM，而进行的一种分布式事务，也就是MySQL跨库事务；也就是一个事务涉及到同一个MySQL服务器中的两个innodb数据库(目前似乎只有innodb支持XA)。内部XA也可以用来保证redo和binlog的一致性问题。

事务日志与二进制日志的一致性问题

我们MySQL为了兼容其它非事务引擎的复制，在server层面引入了 binlog, 它可以记录所有引擎中的修改操作，因而可以对所有的引擎使用复制功能； 然而这种情况会导致redo log与binlog的一致性问题；MySQL通过内部XA机制解决这种一致性的问题。

第一阶段：InnoDB prepare， write/sync redo log；binlog不作任何操作；

第二阶段：包含两步，1> write/sync Binlog； 2> InnoDB commit (commit in memory)；

当然在5.6之后引入了组提交的概念，可以在IO性能上进行一些提升，但总体的执行顺序不会改变。

当第二阶段的第1步执行完成之后，binlog已经写入，MySQL会认为事务已经提交并持久化了(在这一步binlog就已经ready并且可以发送给订阅者了)。在这个时刻，就算网站监控数据库发生了崩溃，那么重启MySQL之后依然能正确恢复该事务。在这一步之前包含这一步任何操作的失败都会引起事务的rollback。

第二阶段的第2步大部分都是内存操作(注意这里的InnoDB commit不是事务的commit)，比如释放锁，释放mvcc相关的read view等等。MySQL认为这一步不会发生任何错误，一旦发生了错误那就是数据库的崩溃，MySQL自身无法处理。这个阶段没有任何导致事务rollback的逻辑。在程序运行层面，只有这一步完成之后，事务导致变更才能通过API或者客户端查询体现出来。

下面的一张图，说明了MySQL在何时会将binlog发送给订阅者。

MySQL会在binlog落盘之后会立即将新增的binlog发送给订阅者以尽可能的降低主从延迟

如何开启mysql的binlog

`vi /etc/my.cnf` 

log-bin=mysql-bin #添加这一行就ok

binlog-format=ROW #选择row模式

server_id=1 #配置mysql replaction需要定义，不能和canal的slaveId重复

Binlog常见格式

业内目前推荐使用的是row模式，准确性高，虽然说文件大，但是现在有SSD和万兆光纤网络，这些磁盘IO和网络IO都是可以接受的。

在innodb里其实又可以分为两部分，一部分在缓存中，一部分在磁盘上。这里业内有一个词叫做刷盘，就是指将缓存中的日志刷到磁盘上。跟刷盘有关的参数有两个个:sync_binlog和binlog_cache_size。这两个参数作用如下

binlog_cache_size: 二进制日志缓存部分的大小，默认值32k

sync_binlog=[N]: 表示每多少个事务写入缓冲，刷一次盘,默认值为0

注意两点:

(1)binlog_cache_size设过大，会造成内存浪费。binlog_cache_size设置过小，会频繁将缓冲日志写入临时文件。

(2)sync_binlog=0:表示刷新binlog时间点由操作系统自身来决定，操作系统自身会每隔一段时间就会刷新缓存数据到磁盘，这个性能最好。sync_binlog=1，代表每次事务提交时就会刷新binlog到磁盘，对性能有一定的影响。sync_binlog=N,代表每N个事务提交会进行一次binlog刷新。

另外，这里存在一个一致性问题，sync_binlog=N，数据库在操作系统宕机的时候，可能数据并没有同步到磁盘，于是再次重启数据库，会带来数据丢失问题。

mysql的binlog是多文件存储，定位一个LogEvent需要通过binlog filename +  binlog position，进行定位

table_map event & write_rows event

这两个event是在binlog_format=row的时候使用，设置binlog_format=row，然后创建一个测试表

CREATE TABLE trow ( i int(11) NOT NULL, c varchar(10) DEFAULT NULL, PRIMARY KEY (i) ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1`

执行语句INSERT INTO trow VALUES(1, NULL), (2, \'a\')，这个语句会产生一个query event，一个table_map event、一个write_rows event以及一个xid event。

常用的开源框架原理

1.原理

1. 框架模拟mysql slave的交互协议，伪装自己为mysql slave，向mysql master发送dump协议
2. mysql master收到dump请求，开始推送binary log给slave(也就是canal)
3. 框架解析binary log对象(原始为byte流)

2.框架

2.1、mysql-binlog-connector-java

目前开源的 CDC （change data capture）工具，如 Zendesk maxwell、Redhat debezium、LinkedIn Databus 等都底层依赖 mysql-binlog-connector-java 或者其前身 open-replicator

不需要独立部署

稳定性不是很好，时间久了会出现connetion lost的情况

2.2、canal

需要独立部署canal server服务

canal 已在阿里云推出商业化版本 数据传输服务DTS， 开通即用，免去部署维护的昂贵使用成本。DTS针对阿里云RDS、DRDS等产品进行了适配，解决了Binlog日志回收，主备切换、VPC网络切换等场景下的订阅高可用问题。同时，针对RDS进行了针对性的性能优化。

HA机制设计

canal的ha分为两部分，canal server和canal client分别有对应的ha(主备模式)实现

• canal server: 为了减少对mysql dump的请求，不同server上的instance要求同一时间只能有一个处于running，其他的处于standby状态.
• canal client: 为了保证有序性，一份instance同一时间只能由一个canal client进行get/ack/rollback操作，否则客户端接收无法保证有序

canal 1.1.1版本之后, 默认支持将canal server接收到的binlog数据直接投递到MQ, 目前默认支持的MQ系统有:

Kafka，RocketMQ。1.1.3版本下修复了投递MQ模式，canal server HA在切换后不生效