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原文：MySQL系统学习（02）：日志模块，一条SQL更新语句是如何执行的
前言
在上一篇学习笔记MySQL系统学习（01）：基础架构，一条SQL查询语句是如何执行的我们系统的了解了一个查询的SQL语句的执行流程，并介绍了查询过程中涉及到的处理模块，一般查询语句的执行过程会包含：连接器、分析器、优化器、执行器等功能模块，最后到达存储引擎。
那么，一条更新语句的执行流程又是怎么的？跟查询语句有什么区别？
之前有看到过MySQL可以恢复到半个月内任一一秒的状态。如果你没有听过这句话，那你有了解过自己公司的MySQL数据同步方案吗？我以前的公司有两个机房，一般我们的真是操作只会发生在其中一个机房（具体发生在哪个机房，这个跟业务层的请求分发有关），双机房的数据同步有跨机房同步方案，仔细了解下到是容易理解，但是同机房内MySQL集群间数据是怎么做同步的？一直比较好奇。
我们还是从一张表的一条更新语句说起，下面有一个非常简单的创建语句，这个表有一个主键ID，和整形字段c:
mysql> create table T(
`id` int(11) unsigned primary key,
`c` int
);
如果要将 ID=2 这一行的值加 1，SQL 语句就会这么写：
mysql> update T set c = c+1 where id = 2;
上篇文章中有介绍过SQL语句的执行链路，这里再把这张图拿过来，我们可以先简单的看看这张图回顾下。首先，可以准确的说查询语句的那一套执行流程，更新语句也同样会执行一遍。
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执行语句前第一步仍然是需要先建立数据库连接，这是连接器的工作。
上篇文章中提到过，一个表如果有更新操作的话，这张表的所有缓存都会失效，所以这条语句会将这张表上的所有缓存结果都清空。这也是一般不建议使用查询缓存的原因。
接下来，分析器会通过“词法分析”和“语法分析”解析知道这还是一条更新语句。
优化器决定要使用ID这个索引。
执行器负责具体执行，找到这一行，然后更新。
大体来看与查询流程几乎一样。但是不一样的是，更新流程还涉及到两个重要的日志模块。这也正式我今天学习的主要内容，redo log（重做日志）和 binlog（归档日志）。如果接触MySQL，那这两个词肯定是绕不开的。不过话说回来，redo log和binlog在设计上有很多有意思的地方，如果静下心去了解一下，这些可能也能应用到我们自己的程序中来。
重要日志模块：redo log
小时候家里开过“小卖部”，等同与今天的便利店。家里会有一个账本，村里人来买东西，有的人会赊账（在农村商店赊账很常见，因为都是左邻右舍，大家都很熟悉），专门用来记账用的。一开始赊账的人不多，就靠人脑记忆（听起来有点高端哈，就是记忆），但是当赊账的人多了，光靠记忆是记不住的，或则会记混乱，而且有的人是在我爸、我妈手上赊的账，有的人是在我手上赊的，信息做不到同步，容易丢、容易混。后面赊账的人变多了，这才有了账本这个东西。
如果有人赊账或者还账的话，我一般的做法有两种：
（1）一种做法是把账本拿出来，记上去或者划掉
（2）另一种做法是现在脑子里记着，等晚上了关门以后在把账本拿出来核算。
在生意红火的时候，我一般会选择后者（有人说我缺心眼！例子觉得有点不合适，体谅下，就当我是选择后者吧）。你想想下，那么多人买东西，我每个都直接翻账本的话，首先我要找到这个人赊账总额那条记录。密密麻麻十几页，找到还得在盘算，那其他排队的客人岂不是早都不耐烦了吗。 效率太低，会影响生意。
同样，在MySQL里也有这个问题，如果每一次的更新操作的日志都需要写进磁盘，然后磁盘也要找到对应的那条记录，然后在更新，整个过程的IO成本、查找成本都是相当的高。为了解决这个问题，MySQL的设计者就利用我对待小卖部记账的第二种方式来解决这个问题。
而记忆力和账本配合的整个过程，其实就是MySQL里面经常说到的WAL技术，WAL全称是Write-Ahead Logging，它的关键点就是先写日志，在写磁盘（类似于我先记到脑子里，等到不忙的时候在一块更新到账本上）。
具体来说，当有一条记录需要更新的时候，InnoDB引擎会先把记录写到redo log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，将这个更新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，就像晚上停业后我在将记忆里的账目更新到账本上一样。
如果今天赊账不多，我可以等晚上停业后在更新账本。但是如果今天赊账非常多的话，我可能一个上午脑子里面就乱了，记不住了怎么办？这个时候我会听下手中的活，先把更早的赊账记录同步到账目，只需要记住最近几笔赊账记录，晚点在更新。
于此类似，InnoDB的redo log的大小是固定的，比如可以配置为一组是4个文件，每个文件大小是1GB，那么这个redo log最多可以记录4GB的更新记录。从开头开始记录，一直记到末尾，记录满了，然后有循环重复继续记录（记录慢了还怎么记？忘记上面我们提到的记录不下的时候会放下手中的活，把最早的一部分账先同步到磁盘了吗）。
有了redo log，InnoDB就能保证及时数据库发生异常重启，之前提交的记录都不会丢失，这个能力成为crash-safe
重要日志模块binlog
上面MYSQL基础架构图里面提到了MySQL从整体来看，其实就只有两块：Server层，它主要负责MySQL功能层面的事情；存储引擎层，负责存储相关的具体事宜。上面我们提到redo log是存储引擎特有的日志，而server层也有自己的日志，称为binlog（归档日志）
是不是比较好奇会为什么会有两份日志，有这个必要吗？
因为最开始MySQL里面并没有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。其实InnoDB是由另外一个公司已插件的形式引入MySQL的，也是因为开始的MySQL没有crash-safe的能力，所以InnoDB才引入了redo log来实现这一能力。
这两个日志主要有3个不同点：
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可以追加写入（这里的追加写入指当binlog的日志文件写到一定程度，会自动切的下一个文件，不会直接覆盖）。
有了对两个log文件的概念性理解，我们再来看执行器和InnoDB引擎在执行这个简单的update语句时的内流程。
1.执行器先找引擎取ID=2这一行记录。ID是主键，引擎直接通过数搜索找到这一行。如果ID=2这一行数据本身就在内存中，就直接返回给执行器；否则需要先从磁盘读入内存，在返回。
2.执行器拿到引擎给的行数据，把c这个值加1，得到新的一行数据，然后在调用引擎接口，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处于准备就绪（prepare）状态。然后告知执行器执行完成，随时可以提交事务。
4.执行器生产这个操作的binlog，并吧binlog写入磁盘。
5.执行器调用引擎的事务提交接口，引擎把刚刚的redo log改成提交（commit）状态，更新完成。
这里我又画了一个这个update语句的执行流程图，图中浅色框表示在InnoDB中执行的，深色框标识在执行器执行的。
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看上面流程图，可能你会注意到最后3不有点绕，将redo log的写入拆分成了俩个步骤：prepare和commit，这就是“两阶段提交”
两阶段提交
为什么要有“两阶段提交”呢？这是为了让两份日志之间的逻辑一致。要说明这个问题，我们要从文章开头的那个问题说起：怎样让数据库回到半月内的任一一秒的状态？或者说同机房数据如何同步？
前面我提到了，binlog会记录所有的逻辑操作，并且是采用“追加写”的形式。如果你的DBA承诺半个月内的可以恢复，那么备份系统中一定会保留半个月内的所有binlog，同时系统会定期做整库备份。这里的定期取决于你的业务系统的重要性/或者说数据的重要性，可以一天一备份，也可以一周一备份。
当需要恢复到指定的某一秒时，比如某天下午两点发现上午10点有一次误删表的操作，需要找回数据你可以这么做（一般这个恢复的操作都是由DBA操作的，业务开发人员根本没有这个权限，但是可以了解下）
1.首先，找到最近一次的全量备份，如果你运气好，可能就是昨天晚上的一个备份，从这个备份恢复到临时库。
2.然后，从备份的时间点开始，将备份的binlog依次取出来，重放到上午误删表的那个时刻。
这样你的临时库就跟误删之前的线上库一样了，然后你可以把表数据从临时表中取出来，按需恢复到线上库去。
好了，说完了数据恢复过程，我们在回头来看为什么要有“两阶段提交”。这个可以反证法来解释一下：
由于redo log和bin log是两个独立的逻辑，如果不用“两阶段提交”，那么就要先写完redo log再写binlog，或者采用反过来的顺序。我们看看这两种会有什么问题？
1.先写redo log后写binlog。假设在redolog写完，binlog还没写的时候MYSQL进程异常重启。我们前面说过，redo log写完后，系统即使崩溃，仍然能够把数据恢复，所以恢复后的这一行c值为1。但是由于binlog还没有写完就崩溃了（crash），这时候binlog里面还没有这条语句。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。然后我们会发现，如果需要用这个binlog来恢复临时库的话，由于这条语句的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值就是0，与原库的值不同。
2.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值肯定是0.但是binlog里面已经记录“c值由0变成1”的这条记录。所以之后用binlog恢复出来的数据就多了一个事务出来，原值应该是0的。
可以看到，如果不使用“两阶段提交”，那么数据库的状态就有可能跟用它日志恢复出来的数据不一致，这样是有问题的。
可能会觉得这个概率是不是很低，平时也没有什么动不动恢复临时库的场景？
其实不是的，比如我一开是提到的第二个疑惑，同机房数据是怎么同步的，其实也是要依赖binlog的。包括MySQL集群在做扩容哦时候，需要数据的同步也是一样的道理。
简单说，redo log和binlog都可以用来表示事务的提交状态，而“两阶段提交”就是为了让这两个状态保持逻辑上的一致。
总结
这篇学习笔记中首先我简单的介绍了一条更新SQL的执行流程，与查询SQL类似，通过不一样的地方引出记录MySQL操作的两个非常重要的日志，即物理日志redo log和逻辑日志binlog。
redo log用于保证crash-safe能力。innodb_log_at_trx_commit这个参数的值设置为1的时候，表示每次事务的redo log都持久化到磁盘。这个参数我建议设置为1，因为这样可以MySQL异常重启后数据不丢失。
sync_binlog这个参数设置为1的时候，表示每次事务的binlog都持久化到磁盘，同理，这个我也建议设置为1.
最后介绍了为什么要有“两阶段提交”，他的作用是为了保证redo log和bin log的事务提交状态在逻辑上保持一致。
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