MySQL学习之一条SQL更新语句的执行

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前言

今天我们通过一条SQL更新语句了解MySQL的日志系统

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一、MySQL更新操作大致流程

更新数据库表上的操作跟这个表有关的查询缓存会失效。这条语句就会把表上所有缓存结果都清空。
然后分析器优化器执行器操作。

不过更新操作比较特殊的是还有两个日志模块redo log(重做日志)、binlog归档日志。接下来主要介绍更新操作涉及的这两个日志模块的操作。

二、redo log介绍

众所周知MySQL记录的信息都是存在磁盘中的持久化的。那么执行更新语句的时候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再更新整个过程IO成本、查找成本都很高。

为了解决这个问题MySQL设计出来WAL技术Write-Ahead Logging关键点就是先写日志再写磁盘。具体的操作就是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里并更新内存这个时候更新就算完成了。同时InnoDB引擎会在适当的时候将这个操作记录更新到磁盘里面而这个更新往往是在系统比较空闲的时候做。

并且需要知道的是InnoDB的redo log是固定大小的比如可以配置为一组4个文件每个文件的大小是1GB那么总共就可以记录4GB的操作。从头开始写写到末尾就又回到开头循环写如下图所示

其中write pos是当前记录的位置一边写一边后移写到第3号文件末尾后就回到0号文件开头。
checkpoint是当前要擦除的位置也是往后推移并且循环的擦除记录前要把记录更新到数据文件。
write pos和checkpoint之间的部分就是用来记录新的操作的

有了redo logInnoDB就可以保证即使数据库发送异常重启之前提交的记录都不会丢失这个能力称为crash-safe。

了解了redo log接下来我们来学习下binlog

三、binlog介绍

在介绍binlog之前心里肯定会有疑问。一份redo log就可以解决更新的问题了啊为什么还要设计两份日志啊

接下来我们先解答下这个问题。binlog是Server层的而redo log是InnoDB引擎特有的日志。并且binlog日志只能用于归档没有crash-safe的能力的。

这两个日志有如下不同

• redo log是InnoDB引擎特有的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“在某个数据页上做了什么修改”binlog是逻辑日志记录的是这个语句的原始逻辑比如“给ID=2这一行的c字段加1”。
• redo log是循环写的空间固定会用完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并不会覆盖以前的日志。

有了对这两个日志的了解之后接下来我们来看下一条更新语句对这两个的操作

四、MySQL更新操作的具体流程

我们这里主要看下执行器和InnoDB引擎在执行更新update语句时的内部流程对于优化器、分析器之类的在介绍查询语句执行的博客中已经介绍这里不再介绍。

执行如下update语句

update T set c=c+1 where ID=2;

内部流程如下

1. 执行器先找引擎取ID=2这一行。ID是主键引擎直接用树搜索找到这一行。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。
2. 执行器拿到引擎给的行数据把这个值加上1比如原来是N现在是N+1得到新的一行数据再调用引擎接口写入这行新数据
3. 引擎将这行新数据更新到内存中同时将这个更新操作记录到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。
4. 执行器生成这个操作的binlog并把binlog写入磁盘
5. 执行器调用引擎的提交事务接口引擎把刚刚写入的redo log改成提交commit状态更新完成

update语句的执行流程图如下浅色部分表示在InnoDB内部执行的深色部分表示是在执行器内执行的

通过上述执行过程我们发现将redo log的写入拆成了两个步骤prepare和commit简称**“两阶段提交”**

此时我们心想直接一步提交不就好了吗为什么还要分两步呢

有两阶段提交主要是为了让两份日志之间的逻辑一致。

在解释这个问题之前数据库恢复到以前某个时间节点的操作

• 首先找到最近的一次全量备份如果运气好可能是昨天晚上的一个备份从这个备份恢复到临时库
• 然后从备份的时间点开始将备份的binlog依次取出重放到中午误删表之前的那个时刻

明白了数据恢复过程接下来我们在看看为什么日志需要“两阶段提及”。

如果不用两阶段提交那么要么是先写完redo log再写binlog或者采用反过来的顺序。我们分别看看这两种方式会有什么问题

我们仍采用前面的update语句

update T set c=c+1 where ID=2;

假设当前ID=2行字段c的值是0再假设执行上面update语句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还没写完的时候MySQL进程异常重启。由于我们前面说过的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c的值是1.
  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c的值是0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c的值是0。但是binlog里面已经记录了“把c从0改成1”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1与原库的值不同

综上我们可以了解到redo log是为了更新操作避免频繁操作磁盘进行优化的。而binlog是为了恢复库的。