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黑盒下的更新數據流程

當我們查詢數據的時候，會先去Buffer Pool中查詢。如果Buffer Pool中不存在，存儲引擎會先將數據從磁盤加載到Buffer Pool中，然后將數據返回給客戶端;同理，當我們更新某個數據的時候，如果這個數據不存在于Buffer Pool，同樣會先數據加載進來，然后修改修改內存的數據。被修改過的數據會在之后統一刷入磁盤。

MySQL 奔潰恢復

這個過程看似沒啥問題，實則不講武德。假設我們修改Buffer Pool中的數據成功，但是還沒來得及將數據刷入磁盤MySQL就掛了怎么辦?按照上圖的邏輯，此時更新之后的數據只存在于Buffer Pool中，如果此時MySQL宕機了，這部分數據將會永久的丟失;

再者，我更新到一半突然發生錯誤了，想要回滾到更新之前的版本，該怎么辦?那不完犢子嗎，連數據持久化的保證、事務回滾都做不到還談什么崩潰恢復?

Redo Log & Undo Log

而通過MySQL能夠實現崩潰恢復的事實來看，MySQL必定實現了某些騷操作。沒錯，這就是接下來我們要介紹的另外的兩個關鍵功能，Redo Log和Undo Log。

這兩種日志是屬于InnoDB存儲引擎的日志，和MySQL Server的Binlog不是一個維度的日志。

Redo Log 記錄了此次事務「完成后」的數據狀態，記錄的是更新之「后」的值

Undo Log 記錄了此次事務「開始前」的數據狀態，記錄的是更新之「前」的值

所以這兩種日志有明顯的區別，我用一種更加通俗的例子來解釋一下這兩種日志。

Redo Log就像你在命令行敲了很長的命令，敲回車執行，結果報錯了。此時我們只需要再敲個↑就會拿到上一條命令，再執行一遍即可。

Undo Log就像你剛剛在Git中Commit了一下，然后再做一個較為復雜的改動，但是改著改著你的心態崩了，不想要剛剛的改動了，于是直接git reset --hard $lastCommitId回到了上一個版本。

實現日志后的更新流程

有了Redo Log和Undo Log，我們再將上面的那張圖給完善一下。

MySQL 崩潰恢復

首先，更新數據還是會判斷數據是否存在于Buffer Pool中，不存在則加載。上面我們提到了回滾的問題，在更新Buffer Pool中的數據之前，我們需要先將該數據事務開始之前的狀態寫入Undo Log中。假設更新到一半出錯了，我們就可以通過Undo Log來回滾到事務開始前。

然后執行器會更新Buffer Pool中的數據，成功更新后會將數據最新狀態寫入Redo Log Buffer中。因為一個事務中可能涉及到多次讀寫操作，寫入Buffer中分組寫入，比起一條條的寫入磁盤文件，效率會高很多。

redo-log-buffer

那為什么Undo Log不也搞一個Undo Log Buffer，也給Undo Log提提速，雨露均沾?那我們假設有這個一個Buffer存在于InnoDB，將事務開始前的數據狀態寫入了Undo Log Buffer中，然后開始更新數據。

突然啪一下，很快啊，MySQL由于意外進程退出了，此時會發生一件很尷尬的事情，如果更新的數據一部分已經刷回磁盤了，但是此時事務沒有成功需要回滾，你發現Undo Log隨著進程退出一起沒了，此時就沒有辦法通過Undo Log去做回滾。

那如果剛剛更新完內存，MySQL就掛了呢?此時Redo Log Buffer甚至都可能沒有寫入，即使寫入了也沒有刷到磁盤，Redo Log也丟了。

其實無所謂，因為意外宕機，該事務沒有成功，既然事務事務沒有成功那就需要回滾，而MySQL重啟后會讀取磁盤上的Redo Log文件，將其狀態給加載到Buffer Pool中。而通過磁盤Redo Log文件恢復的狀態和宕機前事務開始前的狀態是一樣的，所以是沒有影響的。然后等待事務commit了之后就會將Redo Log和Binlog刷到磁盤。

流程中仍然存在的問題

你可能認為到這一步就完美了，事實上則不然。假設我們在將Redo Log刷入到磁盤之后MySQL突然宕機了，binlog還沒有來得及寫入。此時重啟，Redo Log所代表的狀態就和Binlog所代表的狀態不一致了。Redo Log恢復到Buffer Pool中的某行的A字段是3，但是任何監聽其Binlog的數據庫讀取出來的數據確是2。

即使Redo Log和Binlog都寫入文件了，但是這個時候MySQL所在的物理機活著VM宕機了，日志仍然會丟失。現在的OS在你寫入文件的時候，會先將改動的內容寫入的OS Cache中，以此來提高效率。然后根據策略(受你配置的參數的影響)來將OS Cache中的數據刷入磁盤。

基于2PC的一致性保障

從這你可以發現一個關鍵的問題，那就是必須保證Redo Log和Binlog在事務提交時的數據一致性，要么都存在，要么都不存在。MySQL是通過 **2PC(two-phase commit protocol)**來實現的。

MySQL 崩潰恢復

簡單介紹一下2PC，它是一種保證分布式事務數據一致性的協議，它中文名叫兩階段提交，它將分布式事務的提交拆分成了2個階段，分別是Prepare和Commit/Rollback。

就向兩個拳擊手開始比賽之前，裁判會在中間確認兩個選手的狀態，類似于問你準備好了嗎?得到確認之后，裁判才會說Fight。

裁判詢問選手的狀態，對應的是第一階段Prepare;得到了肯定的回答之后，裁判宣布比賽正式開始，對應的是第二階段Commit，但是如果有一方選手沒有準備好，裁判會宣布比賽暫停，此時對應的是第一階段失敗的情況，第二階段的狀態會變為Rollback。裁判就對應2PC中的協調者Coordinator，選手就對應參與者Participant。

下面我們通過一張圖來看一下整個流程。

2PC刷入磁盤

Prepare階段，將Redo Log寫入文件，并刷入磁盤，記錄上內部XA事務的ID，同時將Redo Log狀態設置為Prepare。Redo Log寫入成功后，再將Binlog同樣刷入磁盤，記錄XA事務ID。

Commit階段，向磁盤中的Redo Log寫入Commit標識，表示事務提交。然后執行器調用存儲引擎的接口提交事務。這就是整個過程。

驗證2PC機制的可用性

這就是2PC提交Redo Log和Binlog的過程，那在這個期間發生了異常，2PC這套機制真的能保證數據一致性嗎?

假設Redo Log刷入成功了，但是還沒來得及刷入Binlog MySQL就掛了。此時重啟之后會發現Redo Log并沒有Commit標識，此時根據記錄的XA事務找到這個事務，進行回滾。

如果Redo Log刷入成功，而且Binlog也刷入成功了，但是還沒有來的及將Redo Log從Prepare改成Commit MySQL就掛了，此時重啟會發現雖然Redo Log沒有Commit標識，但是通過XID查詢到的Binlog卻已經成功刷入磁盤了。

此時，雖然Redo Log沒有Commit標識，MySQL也要提交這個事務。因為Binlog一旦寫入，就可能會被從庫或者任何消費Binlog的消費者給消費。如果此時MySQL不提交事務，則可能造成數據不一致。而且目前Redo Log和Binlog從數據層面上，其實已經Ready了，只是差個標志位。