MySQL 里有两个日志,即:重做日志(redo log)和归档日志(binlog)。

其中,binlog 可以给备库使用,也可以保存起来用于恢复数据库历史数据。它是实现在 server 层的,所有引擎可以共用。redo log 是 InnoDB 特有的日志,用来支持 crash-safe 能力。

你一定听过 MySQL 事务的两阶段提交,指的就是在事务提交的时候,分成 prepare 和 commit 两个阶段。

如图 1 所示为一个事务的执行流程,你在最后三步可以看到,redo log 先 prepare 完成,再写 binlog,最后才进入 redo log commit 阶段。

图 1 两阶段提交示意图

这里,我要先和你解释一个误会式的问题:这个图不就是一个 update 语句的执行流程吗,怎么还会调用 commit 语句?

通常情况下,你会产生这个疑问的原因,在于把两个“commit”的概念混淆了:

问题中的“commit 语句”,是指 MySQL 语法中,用于提交一个事务的命令。一般跟 begin/start transaction 配对使用。

而我们图中用到的这个“commit 步骤”,指的是事务提交过程中的一个小步骤,也是最后一步。当这个步骤执行完成后,这个事务就提交完成了。

“commit 语句”执行的时候,会包含“commit 步骤”。

而我们这个例子里面,没有显式地开启事务,因此这个 update 语句自己就是一个事务,在执行完成后提交事务时,就会用到这个“commit 步骤”。

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接下来,我们就一起分析一下在两阶段提交的不同时刻,MySQL 异常重启会出现什么现象。

如果在图中时刻 A 的地方,也就是写入 redo log 处于 prepare 阶段之后、写 binlog 之前,发生了崩溃(crash),由于此时 binlog 还没写,redo log 也还没提交,所以崩溃恢复的时候,这个事务会回滚。这时候,binlog 还没写,所以也不会传到备库。到这里,我们都可以理解。

而我们理解会出现问题的地方,主要集中在时刻 B,也就是 binlog 写完,redo log 还没 commit 前发生 crash,那崩溃恢复的时候 MySQL 会怎么处理?

我们先来看一下崩溃恢复时的判断规则。

1、如果 redo log 里面的事务是完整的,也就是已经有了 commit 标识,则直接提交;

2、如果 redo log 里面的事务只有完整的 prepare,则判断对应的事务 binlog 是否存在并完整:

a.如果是,则提交事务;

b.否则,回滚事务。

这里,时刻 B 发生 crash 对应的就是 2(a) 的情况,崩溃恢复过程中事务会被提交。

现在,我们就针对两阶段提交再继续延展一下。

回答:一个事务的 binlog 是有完整格式的:

statement 格式的 binlog,最后会有 COMMIT;

row 格式的 binlog,最后会有一个 XID event。

另外,在 MySQL 5.6.2 版本以后,还引入了 binlog-checksum 参数,用来验证 binlog 内容的正确性。对于 binlog 日志由于磁盘原因,可能会在日志中间出错的情况,MySQL 可以通过校验 checksum 的结果来发现。所以,MySQL 还是有办法验证事务 binlog 的完整性的。

回答:它们有一个共同的数据字段,叫 XID。崩溃恢复的时候,会按顺序扫描 redo log:

如果碰到既有 prepare、又有 commit 的 redo log,就直接提交;

如果碰到只有 parepare、而没有 commit 的 redo log,就拿着 XID 去 binlog 找对应的事务。

回答:其实,这个问题还是跟我们在反证法中说到的数据与备份的一致性有关。在时刻 B,也就是 binlog 写完以后 MySQL 发生崩溃,这时候 binlog 已经写入了,之后就会被从库(或者用这个 binlog 恢复出来的库)使用。

所以,在主库上也要提交这个事务。采用这个策略,主库和备库的数据就保证了一致性。

回答:其实,两阶段提交是经典的分布式系统问题,并不是 MySQL 独有的。

如果必须要举一个场景,来说明这么做的必要性的话,那就是事务的持久性问题。

对于 InnoDB 引擎来说,如果 redo log 提交完成了,事务就不能回滚(如果这还允许回滚,就可能覆盖掉别的事务的更新)。而如果 redo log 直接提交,然后 binlog 写入的时候失败,InnoDB 又回滚不了,数据和 binlog 日志又不一致了。

两阶段提交就是为了给所有人一个机会,当每个人都说“我 ok”的时候,再一起提交。

回答:我把这个问题再翻译一下的话,是说只保留 binlog,然后可以把提交流程改成这样:... -> “数据更新到内存” -> “写 binlog” -> “提交事务”,是不是也可以提供崩溃恢复的能力?

答案是不可以。

如果说历史原因的话,那就是 InnoDB 并不是 MySQL 的原生存储引擎。MySQL 的原生引擎是 MyISAM,设计之初就有没有支持崩溃恢复。

InnoDB 在作为 MySQL 的插件加入 MySQL 引擎家族之前,就已经是一个提供了崩溃恢复和事务支持的引擎了。

InnoDB 接入了 MySQL 后,发现既然 binlog 没有崩溃恢复的能力,那就用 InnoDB 原有的 redo log 好了。

而如果说实现上的原因的话,就有很多了。就按照问题中说的,只用 binlog 来实现崩溃恢复的流程,我画了一张示意图,这里就没有 redo log 了。

图 2 只用 binlog 支持崩溃恢复

这样的流程下,binlog 还是不能支持崩溃恢复的。我说一个不支持的点吧:binlog 没有能力恢复“数据页”。

如果在图中标的位置,也就是 binlog2 写完了,但是整个事务还没有 commit 的时候,MySQL 发生了 crash。

重启后,引擎内部事务 2 会回滚,然后应用 binlog2 可以补回来;但是对于事务 1 来说,系统已经认为提交完成了,不会再应用一次 binlog1。

但是,InnoDB 引擎使用的是 WAL 技术,执行事务的时候,写完内存和日志,事务就算完成了。如果之后崩溃,要依赖于日志来恢复数据页。

也就是说在图中这个位置发生崩溃的话,事务 1 也是可能丢失了的,而且是数据页级的丢失。此时,binlog 里面并没有记录数据页的更新细节,是补不回来的。

你如果要说,那我优化一下 binlog 的内容,让它来记录数据页的更改可以吗?可以,但这其实就是又做了一个 redo log 出来。

所以,至少现在的 binlog 能力,还不能支持崩溃恢复。

回答:如果只从崩溃恢复的角度来讲是可以的。你可以把 binlog 关掉,这样就没有两阶段提交了,但系统依然是 crash-safe 的。

但是,如果你了解一下业界各个公司的使用场景的话,就会发现在正式的生产库上,binlog 都是开着的。因为 binlog 有着 redo log 无法替代的功能。

一个是归档。redo log 是循环写,写到末尾是要回到开头继续写的。这样历史日志没法保留,redo log 也就起不到归档的作用。

一个就是 MySQL 系统依赖于 binlog。binlog 作为 MySQL 一开始就有的功能,被用在了很多地方。其中,MySQL 系统高可用的基础,就是 binlog 复制。

还有很多公司有异构系统(比如一些数据分析系统),这些系统就靠消费 MySQL 的 binlog 来更新自己的数据。关掉 binlog 的话,这些下游系统就没法输入了。

总之,由于现在包括 MySQL 高可用在内的很多系统机制都依赖于 binlog,所以“鸠占鹊巢” redo log 还做不到。你看,发展生态是多么重要。

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