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MySQL 事务实现原理( 详解 )

MySQL 主要是通过: 锁、Redo Log、Undo Log、MVCC来实现事务

  • 事务的隔离性利用锁机制实现

  • 原子性、一致性和持久性由事务的 redo 日志和undo 日志来保证。

    • Redo Log(重做日志):记录事务对数据库的所有修改,在崩溃时恢复未提交的更改,保证事务的持久性

    • Undo Log(回滚日志),保存数据的历史版本,用于事务的回滚。用来保证事务的原子性、一致性

  • MVCC(多版本并发控制),满足了非锁定读的需求,提高了并发度,实现了读已提交,可重复读级别的 事务隔离性。

redo日志
作用

内存中修改完数据后更新数据记录到redo的磁盘日志中,最后在同步数据回磁盘,确保宕机时能恢复,保证事务的持久性

  • redo日志占用的空间很小且降低了刷盘频率

  • redo日志是顺序写入磁盘的,效率高

  • 事务执行过程中,redo log不断记录

redo log 是存引擎层产生的,而binlog是数据库层产生的,假设一个事务,对表做了10万次记录插入,在这个过程中会一直往redo log中顺序记录,而binlog不会记录,直到这个事务提交,才会一次性写到bin log中

组成

Redo log可以简单分为以下两个部分:redo_log_buffer、redo_log_file

  • 重做日志的缓冲 (redo_log_buffer),保存在内存中,是易失的

  • 重做日志文件 (redo_log_file),保存在硬盘中,是持久的。

在服务器启动时就向操作系统申请了一大片称之为redo log bufer的连续内存空间,即redo日志缓冲区。被划分成若干个连续的redo log block。一个redo log block占用512字节大小。

参数设置innodb_log_buffer_size

redo log buffer 大小,默认 16M,最大值是4096M,最小值为1M

mysql> show variables like '%innodb_log_buffer_size%';
+------------------------+----------+
| Variable_name     | Value  |
+------------------------+----------+
| innodb_log_buffer_size | 16777216 |
+------------------------+----------+
流程

以一个更新事务为例,redo log 流转过程,如下图所示:

redolog刷盘策略⭐

首先redo log会实时同步到redo_log_buffer,之后以 一定的频率 刷入到真正的redo_log_file 中。

这里的一定频率怎么看待呢?这就是我们要说的刷盘策略

  • 注意:redo_log_buffer刷盘到redo_log_file的过程并不是真正的刷到磁盘中去,只是刷入到 文件系统缓存(page_cache)中去,真正的写入会交给系统自己来决定(比如page cache足够大了)

  • 所以对于InnoDB,如果交给系统来同步,如果系统宕机,那么数据也丢失了

针对这种情况,InnoDB给出 innodb_flush_log_at_trx_commit参数,该参数控制提交事务时,刷盘到redo_log_file中的三种策略

  • 设置为0

    表示每次事务提交时不进行刷盘操作。(通过系统默认master thread每隔1s进行一次重做日志的同步)

  • 设置为1

    表示每次事务提交时都将进行同步,刷盘操作( 默认值 )

  • 设置为2

    每次事务提交时都只把redo_log_buffer内容写入page_cache(文件系统的缓存),不进行同步。由os自己决定什么时候同步到磁盘文件

SET GLOBAL innodb_flush_log_at_trx_commit = 1; 

 此外,InnoDB 存储引擎有一个后台线程,每隔1 秒,就会把redo_log_buffer中的内容写到文件系统缓存(page cache),然后调用刷盘操作

  • 其次,当redo_log_buffer占用空间到 innnodb_buffer_size(默认16M)的一半时,也会主动刷盘

  • 当参数设置为1时,只要事务提交成功,就一定会存在redo.file

  • 若事务执行期间mysql挂了,但redo.file通过后台线程自动刷盘保存了部分开始事务后的一些操作,重启后InnoDB 利用undo回滚日志决定是否回滚 或者继续执行事务

undo日志

undo log是事务原子性的保证。在事务中更新数据的 前置操作 其实是要先写入一个 undo log ,记录事务每一次修改的反向操作,便于回滚

作用

因为原子性 ,即事务的操作要么全部完成,要么什么也不做。假如执行到一半出现错误,就可以利用undo log 回滚数据

  • 作用1:回滚数据

只是将数据库逻辑层面上恢复到原来的样子,只能弥补,如一些物理上的结构修改,无法回滚到之前的状态,比如undo日志中是逻辑删除

  • 作用2:MVCC多版本并发控制

MVCC的实现是通过undo log来完成的。当用户读取一行记录时,若该记录已经被其他事务占用,当前事务可以通过undo读取之前的行版本信息,以此实现非锁定读取

组成

①回滚段与undo页

InnoDB对undo log的管理采用段的方式,也就是 回滚段(rollback segment) 。每个回滚段记录了1024 个 undo log segment,而在每个undo log segment段中进行 undo页 的申请。

undo页被设计为可以重用,即当事务提交后,并不会立即删除undo页,会放到链表中,判断其空间是否小于3/4,小于则可以重用,但是因为重用,所以undo页中可能混杂其他事务的undo log,重用的事务记录在其之后

②回滚段与事务

③回滚段中的数据分类

生命周期

详细生成过程

当执行INSERT时

begin;
INSERT INTO user (name) VALUES ("tom");

当执行UPDATE时

begin;
UPDATE user (name) to ("Sun");

UPDATE user SET id=2 WHERE id=1;  #删除id=1的数据,并把id=2的数据覆盖

undo log是如何回滚的?

  • undo no 0:记录的是 插入tom前的状态,即不存在

  • undo no 1:记录的数据是tom

  • undo no 2:记录的数据是Sun

  • undo no 3:记录的是id=1 时的数据

那么假设要回滚

==>通过3的日志把id=2的数据删除==>通过2的日志把id=1的数据的deletemark还原成0

==>通过undo no=1的日志把还原成Tom==>通过undo no=0的日志把id=1的数据删除

小结

先找是否有加载对应的BufferPool有就使用没有就加载读取 ----> 写入UndoLog —>操作执行数据 —> 写入RedoLogBuffer内存 ----> 写入RedoLog到磁盘文件

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