详解MySQL 的 binlog，redo log，undo log

MySQL 的 binlog、redo log 和 undo log 是数据库事务处理与数据一致性的核心组件，各自承担不同的职责。

1. binlog（二进制日志）

• 定位：MySQL Server 层实现的逻辑日志，与存储引擎无关。
• 作用：
  • 主从复制：记录所有数据库表结构变更和表数据修改的 SQL 语句（如 INSERT/UPDATE/DELETE）或行变更事件，用于同步数据到从库。
  • 数据恢复：通过 mysqlbinlog 工具解析 binlog，恢复误删除的数据或执行时间点恢复（Point-in-Time Recovery）。
• 特点：
  • 逻辑记录：记录的是 SQL 语句或行变更的逻辑操作（如 UPDATE user SET name='Alice' WHERE id=1）。
  • 追加写入：以事件（Event）形式按顺序写入文件，文件大小可配置（如 max_binlog_size）。
  • 事务性：支持事务的完整性，通过 sync_binlog 参数控制刷盘策略。
• 工作流程：
  • 事务提交时，将 SQL 语句或行变更事件写入 binlog。
  • 从库通过 I/O 线程读取主库的 binlog，重放（Replay）这些事件实现数据同步。

2. redo log（重做日志）

• 定位：InnoDB 存储引擎特有的物理日志，保证事务的持久性（ACID 中的 D）。
• 作用：
  • 崩溃恢复：确保事务提交后，即使系统崩溃，修改的数据不会丢失。
  • Write-Ahead Logging (WAL)：修改数据前先写日志，避免每次写操作都直接刷盘（提升性能）。
• 特点：
  • 物理记录：记录的是数据页（Page）的物理修改（如“在表空间第5页偏移量100处写入数据”）。
  • 循环写入：固定大小的文件组（如 ib_logfile0、ib_logfile1），循环覆盖使用。
  • 持久化控制：通过 innodb_flush_log_at_trx_commit 参数控制刷盘频率（1：每次提交刷盘；0/2：延迟刷盘）。
• 工作流程：
  • 事务执行时，修改数据页前先将变更记录到 redo log。
  • 事务提交时，redo log 按策略刷盘。
  • 崩溃恢复时，重放 redo log 中的操作，将未刷盘的数据页更新到磁盘。

3. undo log（回滚日志）

• 定位：InnoDB 存储引擎的逻辑日志，支持事务回滚和 MVCC（多版本并发控制）。
• 作用：
  • 事务回滚：记录事务修改前的数据快照，用于回滚未提交的事务。
  • MVCC 实现：提供数据的历史版本，支持非锁定读（如 SELECT 查询读取旧版本数据）。
• 特点：
  • 逻辑记录：存储旧版本数据的逻辑快照（如 UPDATE 前的行数据）。
  • 版本链：通过 ROLL_PTR 指针形成多版本链，支持事务隔离级别（如 RR 和 RC）。
  • 存储位置：存放在共享表空间或独立 undo 表空间（innodb_undo_directory）。
• 工作流程：
  • 事务修改数据前，生成 undo log 记录旧数据。
  • 事务回滚时，根据 undo log 恢复原始数据。
  • MVCC 查询时，通过 undo log 版本链找到可见的数据版本。

三者的协作关系

事务提交过程（两阶段提交）

1. Prepare 阶段：
   • InnoDB 将事务的 redo log 写入内存并刷盘（prepare 状态）。
2. Commit 阶段：
   • MySQL Server 将事务的 binlog 写入磁盘。
   • InnoDB 将 redo log 标记为 commit 状态，完成事务提交。

通过两阶段提交（2PC）保证 binlog 和 redo log 的一致性，避免主从不一致或数据丢失。

崩溃恢复

1. 检查 redo log 中是否存在 prepare 状态的日志。
2. 若存在，检查 binlog 中是否有对应事务的完整记录：
   • 如果 binlog 完整，提交事务（重放 redo log）。
   • 如果 binlog 不完整，回滚事务（使用 undo log）。

对比总结

常见问题

Q1：为什么需要 redo log 和 binlog 同时存在？

• redo log：确保 InnoDB 引擎层的事务持久性，物理日志更高效。
• binlog：MySQL Server 层的逻辑日志，支持主从复制和跨引擎数据恢复。

Q2：undo log 会被删除吗？

• 当事务提交且没有其他事务需要依赖其旧版本时，undo log 会被清理（如通过 Purge 线程）。

Q3：如何优化日志性能？

• binlog：设置 sync_binlog=0（由系统决定刷盘）或批量提交事务。
• redo log：设置 innodb_flush_log_at_trx_commit=2（每秒刷盘）。
• undo log：使用独立表空间并定期清理。

总结

• binlog：逻辑日志，面向主从复制和数据恢复。
• redo log：物理日志，面向崩溃恢复和事务持久性。
• undo log：逻辑日志，面向事务回滚和 MVCC。

三者协同工作，保障了 MySQL 的事务 ACID 特性、高可用性和数据一致性。