MySql-Undo及Redo的使用讲解

undo log 是为了实现事务的原子性，在mysqlinnodb存储引擎中，还用undo log来实现多版本并发控制(简称：mvcc)。

- 事务的原子性(atomicity)

事务中的所有操作，要么全部完成，要么不做任何操作，不能只做部分操作。如果在执行的过程中发生了错误，要回滚(rollback)到事务开始前的状态，就像这个事务从来没有执行过。

- 原理

undo log的原理很简单，为了满足事务的原子性，在操作任何数据之前，首先将数据备份到一个地方(这个存储数据备份的地方称为undo log)。然后进行数据的修改。如果出现了错误或者用户执行了rollback语句，可以利用undo log中的备份将数据恢复到事务开始之前的状态。

除了可以保证事务的原子性，undo log也可以用来辅助完成事务的持久化。

- 事务的持久性(durability)

事务一旦完成，该事务对数据库所做的所有修改都会持久的保存到数据库中。为了保证持久性，数据库系统会将修改后的数据完全的记录到持久的存储上。

- 用undo log实现原子性和持久化的事务的简化过程

假设有a、b两个数据，值分别为1,2。

a.事务开始.

b.记录a=1到undo log.

c.修改a=3.

d.记录b=2到undo log.

e.修改b=4.

f.将undo log写到磁盘。

g.将数据写到磁盘。

h.事务提交

这里有一个隐含的前提条件：‘数据都是先读到内存中，然后修改内存中的数据，最后将数据写回磁盘’。

之所以能同时保证原子性和持久化，是因为以下特点：

a. 更新数据前记录undo log。

b. 为了保证持久性，必须将数据在事务提交前写到磁盘。只要事务成功提交，数据必然已经持久化。

c. undo log必须先于数据持久化到磁盘。如果在g,h之间系统崩溃，undo log是完整的,可以用来回滚事务。

d. 如果在a-f之间系统崩溃,因为数据没有持久化到磁盘。所以磁盘上的数据还是保持在事务开始前的状态。

缺陷：每个事务提交前将数据和undo log写入磁盘，这样会导致大量的磁盘io，因此性能很低。

如果能够将数据缓存一段时间，就能减少io提高性能。但是这样就会丧失事务的持久性。因此引入了另外一

种机制来实现持久化，即redo log.

01 – redo log

- 原理

和undo log相反，redo log记录的是新数据的备份。在事务提交前，只要将redo log持久化即可，

不需要将数据持久化。当系统崩溃时，虽然数据没有持久化，但是redo log已经持久化。系统可以根据redo log的内容，将所有数据恢复到最新的状态。

- undo + redo事务的简化过程

假设有a、b两个数据，值分别为1,2.

a.事务开始.

b.记录a=1到undo log.

c.修改a=3.

d.记录a=3到redo log.

e.记录b=2到undo log.

f.修改b=4.

g.记录b=4到redo log.

h.将redo log写入磁盘。

i.事务提交

- undo + redo事务的特点

a. 为了保证持久性，必须在事务提交前将redo log持久化。

b. 数据不需要在事务提交前写入磁盘，而是缓存在内存中。

c. redo log保证事务的持久性。

d. undo log保证事务的原子性。

e. 有一个隐含的特点，数据必须要晚于redo log写入持久存储。

- io性能

undo + redo的设计主要考虑的是提升io性能。虽说通过缓存数据，减少了写数据的io. 但是却引入了新的io，即写redo log的io。如果redo log的io性能不好，就不能起到提高性能的目的。

为了保证redo log能够有比较好的io性能，innodb 的 redo log的设计有以下几个特点：

a. 尽量保持redo log存储在一段连续的空间上。因此在系统第一次启动时就会将日志文件的空间完全分配。以顺序追加的方式记录redo log,通过顺序io来改善性能。

b. 批量写入日志。日志并不是直接写入文件，而是先写入redo log buffer.当需要将日志刷新到磁盘时 (如事务提交),将许多日志一起写入磁盘.

c. 并发的事务共享redo log的存储空间，它们的redo log按语句的执行顺序，依次交替的记录在一起，以减少日志占用的空间。例如,redo log中的记录内容可能是这样的：

记录1:

记录2:

记录3:

记录4:

记录5:

d. 因为c的原因,当一个事务将redo log写入磁盘时，也会将其他未提交的事务的日志写入磁盘。

e. redo log上只进行顺序追加的操作，当一个事务需要回滚时，它的redo log记录也不会从redo log中删除掉。

02 – 恢复(recovery)

- 恢复策略

前面说到未提交的事务和回滚了的事务也会记录redo log，因此在进行恢复时,这些事务要进行特殊的的处理.有2中不同的恢复策略：

a. 进行恢复时，只重做已经提交了的事务。

b. 进行恢复时，重做所有事务包括未提交的事务和回滚了的事务。然后通过undo log回滚那些未提交的事务。

- innodb存储引擎的恢复机制

mysql数据库innodb存储引擎使用了b策略, innodb存储引擎中的恢复机制有几个特点：

a. 在重做redo log时，并不关心事务性。 恢复时，没有begin，也没有commit,rollback的行为。也不关心每个日志是哪个事务的。尽管事务id等事务相关的内容会记入redo log，这些内容只是被当作要操作的数据的一部分。

b. 使用b策略就必须要将undo log持久化，而且必须要在写redo log之前将对应的undo log写入磁盘。

undo和redo log的这种关联，使得持久化变得复杂起来。为了降低复杂度，innodb将undo log看作数据，因此记录undo log的操作也会记录到redo log中。这样undo log就可以象数据一样缓存起来， 而不用在redo log之前写入磁盘了。

包含undo log操作的redo log，看起来是这样的

记录1: >

记录2:

记录3: >

记录4:

记录5: >

记录6:

c. 到这里，还有一个问题没有弄清楚。既然redo没有事务性，那岂不是会重新执行被回滚了的事务?

确实是这样。同时innodb也会将事务回滚时的操作也记录到redo log中。回滚操作本质上也是对数据进行修改，因此回滚时对数据的操作也会记录到redo log中。

一个回滚了的事务的redo log，看起来是这样的：

记录1: >

记录2:

记录3: >

记录4:

记录5: >

记录6:

记录7:

记录8:

记录9:

一个被回滚了的事务在恢复时的操作就是先redo再undo，因此不会破坏数据的一致性.

- innodb存储引擎中相关的函数

redo: recv_recovery_from_checkpoint_start()

undo: recv_recovery_rollback_active()

undo log的redo log: trx_undof_page_add_undo_rec_log()