MySQL高阶知识点(一)一条SQL【更新】语句是如何执行的

一条SQL【更新】语句是如何执行的

首先,可以确定的说,【查询】语句的那一套流程,【更新】语句也是同样会走一遍,与查询流程不一样的是,

更新语句涉及到【事务】,就必须保证事务的四大特性:ACID,

所以更新流程涉及到两个重要的日志模板:

  • redo log(重做日志)
  • binlog(归档日志)

1 redo log

首先redo log日志是innodb引擎特有,这也是innodb引擎成为mysql最主流引擎的主要原因。

《孔乙己》这篇文章,酒店掌柜有一个粉板,专门用来记录客人的赊账记录。如果赊账的人不多,那么他可以把顾客名和账目写在板上。但如果赊账的人多了,粉板总会有记不下的时候,这个时候掌柜一定还有一个专门记录赊账的账本。
如果有人要赊账或者还账的话,掌柜一般有两种做法:

一种做法是直接把账本翻出来,把这次赊的账加上去或者扣除掉;

另一种做法是先在粉板上记下这次的账,等打烊以后再把账本翻出来核算。
在生意红火柜台很忙时,掌柜一定会选择后者,因为前者操作实在是太麻烦了。首先,你得找到这个人的赊账总额那条记录。你想想,密密麻麻几十页,掌柜要找到那个名字,可能还得带上老花镜慢慢找,找到之后再拿出算盘计算,最后再将结果写回到账本上。这整个过程想想都麻烦。相比之下,还是先在粉板上记一下方便。你想想,如果掌柜没有粉板的帮助,每次记账都得翻账本,效率是不是低得让人难以忍受?

同样,在 MySQL 里也有这个问题,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 的设计者就用了类似酒店掌柜粉板的思路来提升更新效率。

先写日志,再写磁盘

而粉板和账本配合的整个过程,其实就是 MySQL 里经常说到的 WAL 技术,WAL 的全称是 Write-Ahead Logging,它的关键点就是先写日志,再写磁盘,也就是先写粉板,等不忙的时候再写账本。

具体来说,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(粉板)里面,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,这就像打烊以后掌柜做的事。

如果今天赊账的不多,掌柜可以等打烊后再整理。

但如果某天赊账的特别多,粉板写满了,又怎么办呢?

这个时候掌柜只好放下手中的活儿,把粉板中的一部分赊账记录更新到账本中,然后把这些记录从粉板上擦掉,为记新账腾出空间。

与此类似,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,那么这块"粉板"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,如下面这个图所示。

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,擦除记录要把记录更新到数据文件。

write pos 和 checkpoint 之间的是"粉板"上还空着的部分,可以用来记录新的操作。

如果 write pos 追上 checkpoint,表示"粉板"满了,这时候不能再执行新的更新,得停下来先擦掉一些记录,把 checkpoint 推进一下。

有了 redo log,InnoDB 就可以保证即使数据库发生异常重启 ,之前提交的记录都不会丢失,这个能力称为 crash-safe

2 binlog

redo log 是 InnoDB 引擎 特有的日志,而 Server 层也有自己的日志,称为 binlog(归档日志)。

你肯定会问,为什么会有两份日志呢?

因为最开始 MySQL 里并没有 InnoDB 引擎。

MySQL 自带的引擎是 MyISAM,但是 MyISAM 没有 crash-safe 的能力,binlog 日志只能用于归档。

而 InnoDB 是另一个公司以插件形式 引入 MySQL 的,既然只依靠 binlog 是没有 crash-safe 能力的,所以 InnoDB 使用另外一套日志系统,也就是 redo log 来实现 crash-safe 能力

这两种日志有以下三点不同

  • 1

    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。

  • 2

    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 "。

  • 3

    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。

执行流程

接下来,我们看一条更新sql的整体执行流程:

sql 复制代码
mysql> update T set c=c+1 where ID=2;

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。

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,现在就是 N+1,得到新的一行数据

再调用引擎接口写入这行新数据

[server-->innodb]

redo log 记录更新操作 -- prepare

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。

[innodb-->server][记录下的是修改数据页的操作--正在处理中,prepare]

binlog将更新操作写入磁盘

执行器生成这个操作的 binlog,并把 binlog 写入磁盘。

[server-->innodb][记录的是:update T ... 到binlog,磁盘]

redo log 记录更新操作 -- commit

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。

[innodb][记录下的是修改数据页的操作--处理已完成,commit]

这个 update 语句的执行流程图如下:

两阶段提交

通过上面可以发现,将 redo log 的写入拆成了两个步骤:prepare 和 commit,这就是"两阶段提交"。

为什么日志需要"两阶段提交"?

这里不妨用反证法来进行解释。由于 redo log 和 binlog 是两个独立的逻辑,如果不用两阶段提交,要么就是

  • 写完 redo log 再写 binlog,
  • 或者采用反过来的顺序:先写binlog 再写 redo log

我们看看这两种方式会有什么问题。

先写 redo log 后写 binlog。

假设在 redo log 写完,binlog 还没有写完的时候,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(update ...)。

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 的值就是 0,与原库的值不同(在没有crash之前,是记录的1,重启后,binlog没有这条sql,所以为0)。

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(数据库原先是0,系统重启后读取binlog,恢复的数据多了一条,设置为1)。

两阶段提交是分布式事务一致性的一种解决方案。

redo log 用于保证 crash-safe 能力。

innodb_flush_log_at_trx_commit 这个参数设置成 1 的时候,表示每次事务的 redo log 都直接持久化到磁盘。这样可以保证 MySQL 异常重启之后数据不丢失。

sync_binlog 这个参数设置成 1 的时候,表示每次事务的 binlog 都持久化到磁盘。这样可以保证 MySQL 异常重启之后 binlog 不丢失。

  • innodb_flush_log_at_trx_commit : redo log 持久化
  • sync_binlog : binlog 持久化
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