"两阶段提交"在MySQL底层的应用你都知道吗？

Posted 2021-04-24 Java架构师养成记

"两阶段提交"在mysql底层的应用你都知道吗？

  这里说的两阶段提交其实不完全是分布式事务中的“两阶段提交”，而是说MySQL的一条更新语句执行在底层实现是分为两个阶段——准备与提交阶段。

  可能经常听 DBA 同事说，MySQL 可以恢复到半个月内任意一秒的状态，在惊讶的同时，你是不是心中也很很好奇这是怎么做到的（反正小编之前是很惊讶的）。

  如果想知道上面的问题的答案，那么我们今天就有必要好好了解一下MySQL中两个非常重量级的日志：redo log(重做日志)和binlog（归档日志）。

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背景

  在《孔乙己》这篇文章，酒店掌柜有一个粉板，专门用来记录客人的赊账记录。如果赊账的人不多，那么他可以把顾客名和账目写在板上。但是如果赊账的人多了，粉板会有记不下的时候，这个时候掌柜一定还要有一个专门记录赊账的账本。

  因此，如果有人要赊账或者还账的话，掌柜一般有两种做法：

1、一种做法是直接把账本翻出来，把这次赊的帐加上去或者扣除掉； 2、另一种做法是先在粉板上记下这次的账，等打烊以后再把账本翻出来核算。

  在生意红火，柜台很忙的时候，掌柜一定选择后者，因为前者的操作实在太麻烦了。首先，你要找到这个人的赊账总额那条记录。你想想，密密麻麻的几十页，要找到这个名字，找到之后再计算，最后再将新的结果写回到账本。这个过程想想都很麻烦。所以相比这下，这个时候还是先在粉板上记录下比较方便。

  同样，在 MySQL 里也有这个问题，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，然后更新，整个过程的 IO 成本、查找成本都很高。为了解决这个问题，MySQL的设计者就使用了类似酒店掌柜粉板的思路来提升效率。

  而粉板和账本配合的过程，其实就是 MySQL 里经常说的 WAL(Write-Ahead  Logging) 技术，它的关键点就是先写日志，再写磁盘，也就是先写粉板，等不忙的时候再写账本。

  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（粉板）里面，并更新内存，这个时候更新就算完成了。同时， InnoDB 引擎会在合适的时候，将这个操作记录更新到磁盘中，而这个更新往往是在系统比较空闲的时候做，这就像掌柜在打烊的时候将粉板上的记录更新到账本上一样。

  与此类似，InnoDB 的 redo log 是固定大小的，比如可以配置为一组 4 个文件，每个文件大小是 1GB ，那么这块“粉板”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。

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MySQL为什么会有两份日志？

  MySQL 整体来看，其实就是两块：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。而上面的 redo  log 是 InnoDB 引擎特有的日志（其他引擎没有），而 Server 层也有自己的日志，称为 binlog：归档日志。

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，更新前和更新后的 SQL 都有。

那么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 能力，binlog 日志只能用于归档。而 InnoDB 是另一家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的三点主要区别

• redo  log 是 InnoDB 引擎特有的，而 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“在某个数据写上做了什么修改”，而 binlog 是逻辑日志，记录的是这个语句的原始逻辑，比如“修改 ID = 2 这一行的 empname 为 Java架构师养成记”。

• redo  log 是循环写的，空间固定会用完，而 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新文件，并不会覆盖掉以前的日志。

一条update语句的执行流程

  有了这两个日志的基础，我们再来看看执行器和 InnoDB 引擎执行一条update语句的流程，我们以更新下面的id为2的这条数据为例，假设SQL语句是这样的：

 
   
   
 

  
    
    
  
uptate emp set empname='Java架构师养成记' where id = '2';
 
   
   
 

• 执行器先找引擎取 ID=2 这一行。ID 是主键，引擎直接用搜索树找到这一行。如果 ID=2 这一行所在的数据页本来就在内存中，就直接返回给执行器；否则，需要先从磁盘读入内存，然后再返回；

• 执行器拿到引擎给的行数据，把这个值修改为“Java架构师养成记”，比如原来是 “测试一”，那么现在就是 "Java架构师养成记"，得到新的一行数据，再调用引擎接口写入这行新数据。

• 引擎将这行新数据更新到内存中，同时将这个更新记录到 redo  log 里面，此时 redo  log 处于 prepare 状态。然后告知执行器执行完成了，随时可以提交事务；

• 执行器生成这个操作的 binlog，并把 binlog 写入磁盘；

• 执行器调用引擎的提交事务接口，引擎把刚刚写入的 redo  log 的prepare状态改成提交 commit 状态，更新完成。

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为什么需要两阶段提交呢？

  这是为了让两份日志直接的逻辑一致   为什么日志需要“两阶段提交”。这里不妨用反证法来进行解释。

  由于 redo log和 binlog 是两个独立的逻辑，如果不用两阶段提交，要么就是先写完 redo log 再写 binlog，或者采用反过来的顺序。我们看看这两种方式会有什么问题。

  仍然用前面的 update 语句来做例子。假设当前 ID=2 的行，字段 empname 的值是 "测试一"，再假设执行 uddate 语句的过程中在写完第一个日志后，第二个日志还没有写完期间发生了 crash ，会出现什么情况呢？

先写 redo log 后写 binlog

  假设在 redo  log 写完，binlog 还没有写完的时候，MySQL 进行异常重启。由于我们前面说过，redo  log 写完之后，系统即使崩溃，仍然能够把数据恢复回来，所以恢复后这一行 empname 的值是 “Java架构师养成记”。

  但是由于 binlog 没写完就 crash 了，这时候 binlog 里面就没有记录这个语句。因此，之后备份日志的时候，存起来的 binlog 里面就没有这条语句。

  然后你会发现，如果需要用这个 binlog 来恢复临时库的话，由于这个语句的 binlog 丢失，这个临时库就会少了这一次更新，恢复出来的这一行 empname 的值就是 "测试一"，与原库的值不同。

先写binlog后写redo log

  如果在 binlog 写完之后 crash，由于 redo log 还没写，崩溃恢复以后这个事务无效，所以这一行 empname 的值是 “测试一”。但是 binlog 里面已经记录了“把 empname 从 测试一 改成 Java架构师养成记”这个日志。所以，在之后用 binlog 来恢复的时候就多了一个事务出来，恢复出来的这一行 c 的值就是 “Java架构师养成记”，与原库的值不同。

  可以看到，如果不使用“两阶段提交”，那么数据库的状态就有可能和用它的日志恢复出来的库的状态不一致。redo  log 执行成功的话，当前数据库的值就会发生更新，但是 binlog 中记录的值是用来恢复数据库记录用的。

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总结

MySQL 里面最重要的两个日志，即物理日志 redo log 和逻辑日志 binlog。

  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。这个参数我建议你设置成 1，这样可以保证 MySQL 异常重启之后数据不会丢失。

  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。这个参数我也建议你设置1，这样可以保证 MySQL 异常重启之后 binlog 不丢失。

  本文最后还介绍了与 MySQL 日志系统密切相关的“两阶段提交”。两阶段提交是跨系统维持数据逻辑一致性时常用的一个方案，即使你不做数据库内核开发，日常开发中也有可能会用到。

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