MySQL三大日志(binlog,redo log,undo log)详解

热衷学习，热衷生活！😄

沉淀、分享、成长，让自己和他人都能有所收获！😄

一、MySQL日志

MySQL日志主要包括错误日志、查询日志、慢查询日志、事务日志、二进制日志几大类。其中比较重要的就是二进制日志binlog（归档日志）、事务日志redo log（重做日志）和undo log（回滚日志）。

日志关系如下图：

二、redo log

redo log（重做日志）是InnoDB存储引擎独有的，它让MySQL有了崩溃恢复的能力。

当MySQL实例挂了或者宕机了，重启的时候InnoDB存储引擎会使用rede log日志恢复数据，保证事务的持久性和完整性。如下图：

MySQL中数据是以页为单数存储，当你查询一条记录时，硬盘会把一整页的数据加载出来，加载出来的数据叫做数据页，会放到Buffer Pool中。后续的查询都是先从Buffer Pool中找，没有找到再去硬盘加载其他的数据页直到命中，这样子可以减少磁盘IO的次数，提高性能。更新数据的时候也是一样，优先去Buffer Pool中找

，如果存在需要更新的数据就直接更新。然后会把“在某个数据页做了什么修改”记录到重做日志缓存（redo log buffer）里，在刷盘的时候会写入redo log日志文件里。

如下图：

小贴士：每条redo记录由“表空间号+数据页号+偏移量+修改数据长度+具体修改的数据”组成。

刷盘时机

理想情况下，事务一提交就会进行刷盘操作，但是实际上是刷盘的时机是根据策略来决定的。

InnoDB存储引擎为redo log的刷盘策略提供了innodb_flush_log_at_trx_commit参数，它支持三种策略：

0：设置为0的时候，每次提交事务时不刷盘。
1：设置为1的时候，每次提交事务时刷盘。
2：设置为2的时候，每次提交事务时都只把redo log buffer写入page cache。

innodb_flush_log_at_trx_commit参数默认为1，当事务提交的时候会调用fsync对redo log进行刷盘，将redo log buffer写入redo log文件中。

另外，Innodb存储引擎有一个后台线程，每隔1秒，就会把会redo log buffer中的内容写入到文件系统缓存page cache，然后调用fsync刷盘。

如上图，所以说一个没有提交事务的redo log记录，也会被刷盘。

下面是各种刷盘策略的流程图。

innodb_flush_log_at_trx_commit = 0

如上图，如果宕机了或者MySQL挂了可能造成1秒内的数据丢失。

innodb_flush_log_at_trx_commit = 1

如上图，只要事务提交成功，redo log记录就一定在磁盘里，不会有任务数据丢失。

如果执行事务的时候MySQL挂了或者宕机了，这部分日志丢失了，但是因为事务没有提交，所以日志丢了也不会有损失。

innodb_flush_log_at_trx_commit = 2

如上图，当事务提交成功时，redo log buffer日志会被写入page cache，然后后台线程会刷盘写入redo log，由于后台线程是1秒执行一次所以宕机或者MySQL挂了可能造成1秒内的数据丢失。

日志文件组

硬盘上存储的redo log日志文件不止一个，而是一个日志文件组的形式出现的，每个的redo log文件大小都是一样的。它采用的是环形数组形式，从头开始写，写到末尾回到头循环写，如下图所示：

在日志文件组中有两个重要的属性，分别是witre pos、checkpoint

wirte pos：是当前记录的位置，一边写一边后移。
checkpoint：是当前要擦除的位置，也是后台推移。

每次刷盘redo log记录到日志文件组中，wirte log位置就会后移更新。

每次MySQL加载日志文件组恢复数据时，会清空加载过的redo log，并把checkpoint后移更新。

write pos 和 checkpoint 之间的还空着的部分可以用来写入新的 redo log 记录。

如果 witre pos追上checkpoint，表示日志文件组满了，这时候不能再写入新的redo log记录，MySQL得停下来，清空一些记录，把checkpoint推荐一下。

redo log小结

redo log的作用和它的刷盘时机、存储形式。

可以思考一个问题：只要每次把修改后的数据页直接刷盘不就好了，为什么还要用redo log刷盘？不都是刷盘吗？有什么区别？

实际上，数据页大小是16KB，刷盘比较耗时，可能就修改了数据页的几byte数据，没有必要把整页的数据刷盘。而且数据页刷盘都是随机写，因为一个数据页对应的位置可能是在硬盘文件的随机位置，所以性能很差。

如果是写redo log，一行记录就占了几十byte，只要包含了表空间号、数据页号、磁盘文件偏移量、修改值，再加上是顺序写，所以刷盘效率很高。

所以用 redo log 形式记录修改内容，性能会远远超过刷数据页的方式，这也让数据库的并发能力更强。

三、binlog

redo log是物理日志，记录的是“在某个数据页做了什么修改”，属于Innodb存储引擎。

而binlog日志是逻辑日志，记录内容是语句的原始逻辑，属于MySQL Server层。所有的存储引擎只要发生了数据更新，都会产生binlog日志。

`binlog`日志的作用

可以说MySQL数据库的数据备份、主备、主主、住从都离不开binlog，需要依赖binlog来同步数据，保证数据一致性。

binlog会记录所有涉及更新数据的逻辑规则，并且按顺序写。

记录格式

binlog日志有三种格式，可以通过binlog_format参数设置，有以下三种：

statement
row
mixed

设置statement记录的内容是SQL语句原文，比如执行一条update T set update_time = now() where id = 1，记录内容如下：

同步数据时，会执行记录的SQL语句，但是有个问题update_time = now()这里会获取到当前系统问题，直接执行会导致与原库数据不一致。

为了解决这种问题，我们需要将binlog_format设置成row，记录的不再是简单的SQL语句了，还包含了操作的具体数据，记录内容如下：

row格式记录的内容看不到详细信息，通过mysqlbinlog工具解析出来。

update_time = now()变成了具体的时间，条件后面的@1、@2都是该行数据第1个~2个字段的原始值（假设这张表只有2个字段）。

设置成row带来的好处就是同步数据的一致性，通常情况都设置成row，这样可以为数据库的恢复与同步带来更好的可靠性。但是这种格式需要大量的容量来记录，比较占用空间，恢复与同步时会更消耗IO资源，影响执行速度。

所以又有了一种折中方案，设置为mixed，记录的内容是前两者的混合。

MySQL会判断这条SQL语句是否会引起数据不一致，如果是就用row格式，否则就用statement格式。

写入机制

binlog的写入时机为事务执行过程中，先把日志写到binlog cache，事务提交的时候再把binlog cache写到binlog文件中（实际先会写入page cache，然后再由fsync写入binlog文件）。

因为一个事务的binlog不能被拆开，无论这个事务多大，也要确保一次性写入，所以系统会给每个线程分配一块内存作为binlog cache。可以通过binlog_cache_size参数控制单线程binlog_cache大小，如果存储内容超过了这个参数，就要暂存到磁盘。

binlog日志刷盘流程如下：

上图的write，是指把日志写入到文件系统的page cache，并没有把数据持久化硬盘，所以速度比较快。
上图的 fsync才是将数据库持久化到硬盘的操作。

write和fsync的时机可以由参数sync_binlog控制，可以配置成0、1、N(N>1)。

设置成0时：表示每次提交事务都只会write，由系统自行判断什么时候执行fsync。
设置成1时：表示每次提交事务都会执行fsync，就和redo log日志刷盘流程一样。
设置成N时：表示每次提交事务都会write，但是积累N个事务后才fsync。

设置为0时如下图：

从上图可知，sync_bilog = 0设置成0，只把日志写入page cache虽然性能得到了提高，但是事务提交了fsync的时候宕机了，可能造成binlog日志的丢失。

设置为2时如下图：

在出现IO瓶颈的场景里，将sync_binlog设置成一个比较大的值，可以提升性能。

同样的，如果机器宕机，会丢失最近N个事务的binlog日志。

两阶段提交

redo log（重做日志）让InnoDB存储引擎有了崩溃恢复的能力。

binlog（归档日志）保证了MySQL集群架构数据的一致性。

虽然它们都属于持久化的保证，但是侧重点不一样。

在执行更新语句过程，会记录redo log与binlog两块日志，以基本的事务为单位，redo log在事务执行过程中可以不断写入，而binlog日志只有在提交事务的时候才会写入，所以它们写入的时机不一样。

思考一个问题，如果redo log和binlog两份日志之间的逻辑不一样，会出现什么问题呢？MySQL是怎么解决这个问题的呢？

比如有这样一个场景，假设有这么一条语句update T set c = 1 where id = 2（c原值为0），假如执行过程中写完redo log日志后，在写入binlog的时候发生了异常，会出现什么情况呢？

如下图：

由于binlog日志没写完就异常，这个时候binlog日志里面没有对应的修改记录，之后使用binlog同步的数据的时候就会少这一次的更新，这一行数据c = 0，而原库使用redo log日志恢复，这一行数据c = 1 ，最终数据不一致。如下图：

为了解决两份日志之间的逻辑不一致的问题，InnoDB存储引擎使用两阶段提交方案。

将redo log日志的写入拆分成两个步骤prepare和commit，如下图：

使用两阶段提交后，写入binlog时发生异常也没关系，因为MySQL根据redo log日志恢复数据时，发现redo log日志处于prepare阶段，并且没有对应binlog日志（根据事务id对应），所以就会回滚事务。

再想一个场景，redo lgo设置commit阶段发生异常，事务会不会回滚呢？

并不会回滚事务，虽然redo log是处于prepare阶段，但是存在对应的事务binlog日志，所以MySQL认为是完整的，所以不会回滚事务。

undo log

想要保证事务的原子性，就需要在发生异常时，对已经执行的操作进行回滚，在MySQL中恢复机制是通过undo log（回滚日志）实现的，所有事务进行的修改都会先被记录到这个回滚日志，然后再执行其他相关的操作。如果执行过程中遇到异常的话，我们直接利用回滚日志中的信息将数据回滚到修改之前的样子。并且，回滚日志会先于数据持久化到磁盘上。这样就保证了即使遇到数据库突然宕机等情况，当用户再次启动数据库的时候，数据库还能够通过查询回滚日志来回滚将之前未完成的事务。

另外，MVCC的实现依赖：**隐藏字段、Read View、undo log**。在底层实现中，InnoDB通过数据行的DB_TRX_ID和Read View来判断数据的可见性，如不可见，则通过数据行DB_ROLL_PTR找到undo log中的历史版本。每个事务读到的数据版本可能是不一样的，在同一个事物里，用户只能看到该事务创建Read View之前已经提交的修改和该事务本身做的修改。