MySQL基础篇

作者: 程序员小白成长记 | 来源:发表于2021-04-23 17:56 被阅读0次
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    问题汇总

    1,什么是“两段式提交”,为什么要这么做?

    将 redo log 的写入拆成了两个步骤:prepare 和 commit,这就是"两阶段提交"。两阶段就是保证一致性用的
    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。我们看看这两种方式会有什么问题。

    1. 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。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。
    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 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。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和用它的日志恢复出来的库的状态不一致。

    【注】1,redo是物理的,binlog是逻辑的;现在由于redo是属于InnoDB引擎,所以必须要有binlog,因为你可以使用别的引擎
    2, binlog还不能去掉。一个原因是,redolog只有InnoDB有,别的引擎没有。
    另一个原因是,redolog是循环写的,不持久保存,binlog的“归档”这个功能,redolog是不具备的。

    2,事务

    1、务的特性:原子性、一致性、隔离性、持久性
    2、多事务同时执行的时候,可能会出现的问题:脏读、不可重复读、幻读
    3、事务隔离级别:读未提交、读提交、可重复读、串行化

    事务就是要保证一组数据库操作,要么全部成功,要么全部失败。在 MySQL
    中,事务支持是在引擎层实现的。你现在知道,MySQL 是一个支持多引擎的系统,但并不是所有的引擎都支持事务。比如 MySQL 原生的 MyISAM 引擎就不支持事务,这也是MyISAM 被 InnoDB 取代的重要原因之一。

    ACID(Atomicity、Consistency、Isolation、Durability,即原子性、一致性、隔离性、持久性)

    在谈隔离级别之前,你首先要知道,你隔离得越严实,效率就会越低。。因此很多时候,我们
    都要在二者之间寻找一个平衡点。SQL 标准的事务隔离级别包括:读未提交(read uncommitted)读提交(read committed)可重复读(repeatable read)串行化(serializable )。下面我逐一为你解释:

    • 读未提交是指,一个事务还没提交时,它做的变更就能被别的事务看到。
    • 读提交是指,一个事务提交之后,它做的变更才会被其他事务看到。
    • 可重复读是指,一个事务执行过程中看到的数据,总是跟这个事务在启动时看到的数据是一致的。当然在可重复读隔离级别下,未提交变更对其他事务也是不可见的。
    • 串行化,顾名思义是对于同一行记录,“写”会加“写锁”,“读”会加“读锁”。当出
      现读写锁冲突的时候,后访问的事务必须等前一个事务执行完成,才能继续执行。
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    若隔离级别是“读未提交”,则V1的值就是2。这时候事务B虽然还没有提交,但是结果已经被A看到了。因此,V2、V3也都是2。

    若隔离级别是“读提交”,则V1是1,V2的值是2。事务B的更新在提交后才能被A 看到。所以,V3的值也是2。

    若隔离级别是“可重复读”,则V1、V2是1,V3是2。之所以V2还是1,遵循的就是这个要求:事务在执行期间看到的数据前后必须是一致的。

    若隔离级别是“串行化”,则在事务B执行“将1改成2”的时候,会被锁住。直到事务A提交后,事务B才可以继续执行。所以从A的角度看,V1、V2值是1,V3的值是2。

    在实现上,数据库里面会创建一个视图,访问的时候以视图的逻辑结果为准。在“可重复读”隔离级别下,这个视图是在事务启动时创建的,整个事务存在期间都用这个视图。
    在“读提交”隔离级别下,这个视图是在每个SQL语句开始执行的时候创建的。这里需要注意的是,“读未提交”隔离级别下直接返回记录上的最新值,没有视图概念;而“串行化”隔离级别下直接用加锁的方式来避免并行访问。

    我们可以看到在不同的隔离级别下,数据库行为是有所不同的。Oracle数据库的默认隔离级别其实就是“读提交”,因此对于一些从Oracle迁移到MySQL的应用,为保证数据库隔离级别的一致,你一定要记得将MySQL的隔离级别设置为“读提交”。

    3,可重复读时如何实现的

    在MySQL中,实际上每条记录在更新的时候都会同时记录一条回滚操作。记录上的最新值,通过回滚操作,都可以得到前一个状态的值。

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    当前值是4,但是在查询这条记录的时候,不同时刻启动的事务会有不同的read-view。如图中看到的,在视图A、B、C里面,这一个记录的值分别是1、2、4,同一条记录在系统中可以存在多个版本,就是数据库的多版本并发控制(MVCC)。对于read-viewA,要得到1,就必须将当前值依次执行图中所有的回滚操作得到。

    同时你会发现,即使现在有另外一个事务正在将4改成5,这个事务跟read-viewA、B、C对应的事务是不会冲突的。

    你一定会问,回滚日志总不能一直保留吧,什么时候删除呢?答案是,在不需要的时候才删除。也就是说,系统会判断,当没有事务再需要用到这些回滚日志时,回滚日志会被删除。

    什么时候才不需要了呢?就是当系统里没有比这个回滚日志更早的read-view的时候。

    基于上面的说明,我们来讨论一下为什么建议你尽量不要使用长事务。

    在MySQL5.5及以前的版本,回滚日志是跟数据字典一起放在ibdata文件里的,即使长事务最终提交,回滚段被清理,文件也不会变小。我见过数据只有20GB,而回滚段有200GB的库。最终只好为了清理回滚段,重建整个库。

    除了对回滚段的影响,长事务还占用锁资源,也可能拖垮整个库,这个我们会在后面讲锁的时候展开。

    4,事务的启动方式

    长事务有这些潜在风险,我当然是建议你尽量避免。其实很多时候业务开发同学并不是有意使用长事务,通常是由于误用所致。MySQL的事务启动方式有以下几种:

    1.显式启动事务语句,begin或starttransaction。配套的提交语句是commit,回滚语句是rollback。
    2.setautocommit=0,这个命令会将这个线程的自动提交关掉。意味着如果你只执行一个select语句,这个事务就启动了,而且并不会自动提交。这个事务持续存在直到你主动执行commit或rollback语句,或者断开连接。

    有些客户端连接框架会默认连接成功后先执行一个setautocommit=0的命令。这就导致接下来的查询都在事务中,如果是长连接,就导致了意外的长事务。
    因此,我会建议你总是使用setautocommit=1,通过显式语句的方式来启动事务。
    但是有的开发同学会纠结“多一次交互”的问题。对于一个需要频繁使用事务的业务,第二种方式每个事务在开始时都不需要主动执行一次“begin”,减少了语句的交互次数。如果你也有这个顾虑,我建议你使用commitworkandchain语法。
    在autocommit为1的情况下,用begin显式启动的事务,如果执行commit则提交事务。如果执行commitworkandchain,则是提交事务并自动启动下一个事务,这样也省去了再次执行begin语句的开销。同时带来的好处是从程序开发的角度明确地知道每个语句是否处于事务中。

    一、MySQL架构

    大体来说,MySQL 可以分为 Server 层和存储引擎层两部分。

    Server 层包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等,涵盖 MySQL 的大多数核心服务功能,以及所有的内置函数(如日期、时间、数学和加密函数等),所有跨存储引擎的功能都在这一层实现,比如存储过程、触发器、视图等。

    而存储引擎层负责数据的存储和提取。其架构模式是插件式的,支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多个存储引擎。现在最常用的存储引擎是 InnoDB,它从 MySQL 5.5.5 版本开始成为了默认存储引擎。

    从图中不难看出,不同的存储引擎共用一个Server 层,也就是从连接器到执行器的部分。你可以先对每个组件的名字有个印象,接下来我会结合开头提到的那条 SQL 语句,带你走一遍整个执行流程,依次看下每个组件的作用。

    二、redo log vs binlog

    与查询流程不一样的是,更新流程还涉及两个重要的日志模块,redo log(重做日志)和 binlog(归档日志)

    2.1 redo log

    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。

    MySQL 整体来看,其实就有两块:一块是 Server 层,它主要做的是MySQL 功能层面的事情;还有一块是引擎层,负责存储相关的具体事宜。上面我们聊到的
    粉板 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)。

    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。

    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。
    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。

    图中浅色框表示在innodb中执行的,深色框为在执行器中执行的

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    将 redo log 的写入拆成了两个步骤:prepare 和 commit,这就是"两阶段提交"。

    三、索引

    四、锁

    数据库锁设计的初衷是处理并发问题
    根据加锁的范围,MySQL 里面的锁大致可以分成全局锁、表级锁和行锁三类

    4.1 全局锁

    顾名思义,全局锁就是对整个数据库实例加锁。MySQL 提供了一个加全局读锁的方法,命令是 Flush tables with read lock (FTWRL)。当你需要让整个库处于只读状态的时候,可以使用这个命令,之后其他线程的以下语句会被阻塞:数据更新语句(数据的增删改)、数据定义语句(包括建表、修改表结构等)和更新类事务的提交语句。
    全局锁的典型使用场景是,做全库逻辑备份。也就是把整库每个表都 select 出来存成文本。

    4.2 表级锁

    4.3 行级锁

    MySQL 的行锁是在引擎层由各个引擎自己实现的。但并不是所有的引擎都支持行锁,比如MyISAM 引擎就不支持行锁。不支持行锁意味着并发控制只能使用表锁,对于这种引擎的表,同一张表上任何时刻只能有一个更新在执行,这就会影响到业务并发度。InnoDB 是支持行锁的,这也是 MyISAM 被 InnoDB 替代的重要原因之一

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    知道了这个答案,你一定知道了事务 A 持有的两个记录的行锁,都是在 commit 的时候才释放的。
    也就是说,在 InnoDB 事务中,行锁是在需要的时候才加上的,但并不是不需要了就立刻释放,而是要等到事务结束时才释放。这个就是两阶段锁协议。

    4.4 死锁

    如果你的事务中需要锁多个行,要把最可能造成锁冲突、最可能影响并发度的锁的申请时机尽量往后放。

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