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

在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中

• 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