【面试八股总结】MySQL日志：undo log、redo log、binlog

MySQL中存在三种日志：

undo log（回滚日志）：是 Innodb 存储引擎层生成的日志，实现了事务中的原子性，主要用于事务回滚和 MVCC。
redo log（重做日志）：是 Innodb 存储引擎层生成的日志，实现了事务中的持久性，主要用于掉电等故障恢复；
binlog （归档日志）：是 Server 层生成的日志，主要用于数据备份和主从复制；

一、回滚日志undo log

undo log（回滚日志），它保证了事务的ACID中的原子性（Atomicity）。undo log 是一种用于撤销回退的日志。在事务没提交之前，MySQL 会先记录更新前的数据到 undo log 日志文件里面，当事务回滚时，就读取 undo log 里的数据，然后做原先相反操作。

一条记录的每一次更新操作产生的 undo log 格式都有一个 roll_pointer 指针和一个 trx_id 事务id：

通过 trx_id 可以知道该记录是被哪个事务修改的；
通过 roll_pointer 指针可以将这些 undo log 串成一个链表，这个链表就被称为版本链；

另外，可以通过 ReadView + undo log 实现 MVCC（多版本并发控制）。对于「读提交」和「可重复读」隔离级别的事务来说，它们的快照读（普通 select 语句）是通过 Read View + undo log 来实现的，它们的区别在于创建 Read View 的时机不同：

读提交隔离级别是在每个 select 都会生成一个新的 Read View，也意味着，事务期间的多次读取同一条数据，前后两次读的数据可能会出现不一致，因为可能这期间另外一个事务修改了该记录，并提交了事务。
可重复读隔离级别是启动事务时生成一个 Read View，然后整个事务期间都在用这个 Read View，这样就保证了在事务期间读到的数据都是事务启动前的记录。

undo log 两大作用：

实现事务回滚，保障事务的原子性。事务处理过程中，如果出现了错误或者用户执行了 ROLLBACK 语句，MySQL 可以利用 undo log 中的历史数据将数据恢复到事务开始之前的状态。
实现 MVCC（多版本并发控制）关键因素之一。MVCC 是通过 ReadView + undo log 实现的。undo log 为每条记录保存多份历史数据，MySQL 在执行快照读（普通 select 语句）的时候，会根据事务的 Read View 里的信息（trx_id 和 roll_pointer），顺着 undo log 的版本链找到满足其可见性的记录，从而控制并发事务访问同一个记录时的行为。

undo log 是如何刷盘（持久化到磁盘）的？

undo log 和数据页的刷盘策略是一样的，都需要通过 redo log 保证持久化。

buffer pool 中有 undo 页，对 undo 页的修改也都会记录到 redo log。redo log 会每秒刷盘，提交事务时也会刷盘，数据页和 undo 页都是靠这个机制保证持久化的。

Buffer Pool

MySQL 的数据都是存在磁盘中的，要更新一条记录的时候，得先要从磁盘读取该记录，然后在内存中修改这条记录。将修改完的记录缓存起来，下次查询语句命中这条记录时，直接读取缓存中的记录，不需要从磁盘获取数据了。Innodb 存储引擎设计了一个缓冲池（Buffer Pool），来提高数据库的读写性能。

InnoDB 会把存储的数据划分为若干个「页」，以页作为磁盘和内存交互的基本单位，一个页的默认大小为 16KB。因此，Buffer Pool 同样需要按「页」来划分。

在 MySQL 启动的时候，InnoDB 会为 Buffer Pool 申请一片连续的内存空间，然后按照默认的16KB的大小划分出一个个的页， Buffer Pool 中的页就叫做缓存页。此时这些缓存页都是空闲的，之后随着程序的运行，才会有磁盘上的页被缓存到 Buffer Pool 中。

Buffer Pool 除了缓存「索引页」和「数据页」，还包括了 Undo 页，插入缓存、自适应哈希索引、锁信息等等。

InnoDB 引擎会在适当的时候，由后台线程将缓存在 Buffer Pool 的脏页刷新到磁盘里，这就是 WAL （Write-Ahead Logging）技术。WAL 技术指的是， MySQL 的写操作并不是立刻写到磁盘上，而是先写日志，然后在合适的时间再写到磁盘上。

二、重做日志redo log

redo log 保证了事务四大特性中的持久性。redo log 是物理日志，记录了某个数据页做了什么修改，例如对 XXX 表空间中的 YYY 数据页 ZZZ 偏移量处做了AAA 更新，每当执行⼀个事务就会产生⼀条或多条物理日志。在事务提交时，只要先将 redo log 持久化到磁盘即可。

redo log和undo log的区别是什么？

undo log 和 redo log 这两个日志都是 Innodb 存储引擎生成的。

redo log 记录了此次事务「完成后」的数据状态，记录的是更新之后的值；
undo log 记录了此次事务「开始前」的数据状态，记录的是更新之前的值；

事务提交之前发生崩溃，重启后会通过 undo log 回滚事务，事务提交之后发生崩溃，重启后会通过 redo log 恢复事务。

redo log 作用：

实现事务的持久性，让 MySQL 有 crash-safe 的能力，能够保证 MySQL 在任何时间段突然崩溃，重启后之前已提交的记录都不会丢失；
将写操作从「随机写」变成了「顺序写」，提升 MySQL 写入磁盘的性能。

三、归档日志 binlog

binlog 文件是记录了所有数据库表结构变更和表数据修改的日志，不会记录查询类的操作。

MySQL 在完成一条更新操作后，Server 层还会生成一条 binlog，等之后事务提交的时候，会将该事物执行过程中产生的所有 binlog 统一写入 binlog 文件。

redo log和bin log有什么区别？

1. 适用对象不同：

binlog 是 MySQL 的 Server 层实现的，所有存储引擎都可以使用；

redo log 是 Innodb 存储引擎实现的日志。

2. 文件格式不同：

redo log 是物理日志，记录的是在某个数据页做了什么修改；

binlog 主要包括三种格式： Statement 、 Row 和 Mixed 。

3. 写入方式不同：

        binlog 是追加写，写满⼀个⽂件，就创建⼀个新的文件继续写，不会覆盖以前的⽇志，保存的是全量的日志。

        redo log是循环写，日志空间大小是固定，全部写满就从头开始，保存未被刷⼊磁盘的脏页日志。

4. 用途不同：

        binlog 用于备份恢复、主从复制；

        redo log 用于掉电等故障恢复。

binlog 什么时候刷盘？

事务执行过程中，先把日志写到 binlog cache（Server 层的 cache），事务提交的时候，再把 binlog cache 写到 binlog 文件中。

一个事务的 binlog 是不能被拆开的，因此无论这个事务有多大也要保证一次性写入。这是因为有一个线程只能同时有一个事务在执行的设定，所以每当执行一个 begin/start transaction 的时候，就会默认提交上一个事务，这样如果一个事务的 binlog 被拆开的时候，在备库执行就会被当做多个事务分段执行，这样破坏了原子性，是有问题的。

MySQL 给每个线程分配了一片内存用于缓冲 binlog ，该内存叫 binlog cache，参数 binlog_cache_size 用于控制单个线程内 binlog cache 所占内存的大小。如果超过了这个参数规定的大小，就要暂存到磁盘。

四、两阶段提交

事务提交后，redo log 和 binlog 都要持久化到磁盘，但是这两个是独立的逻辑，可能出现半成功的状态，这样就造成两份日志之间的逻辑不一致。

如果在将 redo log 刷入到磁盘之后， MySQL 突然宕机了，而 binlog 还没有来得及写入。MySQL 重启后，通过 redo log 能将 Buffer Pool 恢复到新值，但是 binlog 里面没有记录这条更新语句，在主从架构中，binlog 会被复制到从库，由于 binlog 丢失了这条更新语句，从库的这一行 name 字段是旧值，与主库的值不一致性；
如果在将 binlog 刷入到磁盘之后， MySQL 突然宕机了，而 redo log 还没有来得及写入。由于 redo log 还没写，崩溃恢复以后这个事务无效，所以数据字段还是旧值，而 binlog 里面记录了这条更新语句，在主从架构中，binlog 会被复制到从库，从库执行了这条更新语句，那么这一行新值，与主库的值不一致性；

redo log 影响主库的数据，binlog 影响从库的数据，所以 redo log 和 binlog 必须保持一致才能保证主从数据一致。

两阶段提交把单个事务的提交拆分成了 2 个阶段，分别是「准备（Prepare）阶段」和「提交（Commit）阶段」，每个阶段都由协调者（Coordinator）和参与者（Participant）共同完成。

两阶段提交过程

MySQL 会同时维护 binlog 日志与 InnoDB 的 redo log，为了保证这两个日志的一致性，MySQL 使用了内部 XA 事务，内部 XA 事务由 binlog 作为协调者，存储引擎是参与者。

事务的提交过程有两个阶段，将 redo log 的写入拆成了两个步骤：prepare 和 commit，中间再穿插写入binlog，具体如下：

prepare 阶段：将 XID（内部 XA 事务的 ID）写入到 redo log，同时将 redo log 对应的事务状态设置为 prepare，然后将 redo log 持久化到磁盘（innodb_flush_log_at_trx_commit = 1 的作用）；
commit 阶段：把 XID 写入到 binlog，然后将 binlog 持久化到磁盘（sync_binlog = 1 的作用），接着调用引擎的提交事务接口，将 redo log 状态设置为 commit，此时该状态并不需要持久化到磁盘，只需要 write 到文件系统的 page cache 中就够了，因为只要 binlog 写磁盘成功，就算 redo log 的状态还是 prepare 也没有关系，一样会被认为事务已经执行成功。