Bin log、Redo log、Undo log详解以及为甚么事务要两阶段提交？

先来一张数据库系统架构图

一. Redo Log—InnoDB存储引擎的日志文件

Redo Log是InnoDB存储引擎的日志文件，其写入磁盘的操作如下图

1. 操作流程

当发生数据修改的时候，innodb引擎会先将记录写到redolog中，并更新内存，此时更新就算是完成了，同时innodb引擎会在合适的时机将记录操作到磁盘中

2. 特点

1. RedoLog是固定大小的，是循环写的过程。
2. write pos 是当前记录的位置，一边写一边后移，写到第 3 号文件末尾后就回到 0 号文件开头。checkpoint 是当前要擦除的位置，也是往后推移并且循环的，擦除记录前要把记录更新到数据文件。write pos 和 checkpoint 之间的是还空着的部分，可以用来记录新的操作。如果 write pos 追上 checkpoint，表示redo log满了，这时候不能再执行新的更新，得停下来先擦掉一些记录，把 checkpoint 推进一下。有了 redo log，InnoDB 就可以保证即使数据库发生异常重启，之前提交的记录都不会丢失，即 crash-safe。

3. 作用

有了RedoLog之后，InnoDB就可以保证即使数据库发生异常重启，之前的记录也不会丢失，即crash-safe

二. Undo Log—回滚/前滚日志

Undo Log是为了实现事务的原子性，在Mysql的InnoDB引擎中，还用Undo Log来实现多版本并发控制（MVCC）

1. 操作流程

在操作任何数据之前，首先将数据备份到Undo Log中，然后进行数据的修改。如果出现了错误或者用户执行了ROLLBACK操作，系统可以利用Undo Log中的备份将数据恢复到事务之前的状态

2. 特点

Undo Log是逻辑日志

• 当delete一条数据时，Undo Log中会记录一条对应的insert记录
• 当insert一条数据时，Undo Log中会记录一条对应的delete记录
• 当update一条数据时，Undo Log会记录一条相反的update记录

3. 作用

实现事务的原子性，InnoDB引擎中，还用Undo Log来实现多版本并发控制（MVCC）

三. BinLog—服务端的日志文件

BinLog是server层的日志文件（见文章开头的架构图中间的Server层），主要负责数据库功能层面的事，比如数据恢复、主从复制等等。
默认不开启，可通过设置log_bin属性开启

1. 特点

BinLog会记录所有的逻辑，采用追加写的方式

2. 作用

1. 一般在企业中用于数据备份
2. 恢复数据：

1. 找到最近一次的全量备份数据
2. 从备份的时间点开始，将备份的BinLog取出来，重放到要恢复的那个时刻

3. 与Redo Log的区别

• Redo Log是InnoDB独有的，BinLog所有的引擎都可以使用
• Redo Log是物理日志，记录了在某个数据页上做了什么修改。BinLog是逻辑日志，记录了某条语句的原始操作
• Redo Log是循环写的，空间用完会覆盖之前的日志。BinLog是追加写的，不会覆盖之前的日志

四. 数据更新流程

1. RedoLog两阶段提交策略

1. binlog有记录，redolog状态commit：正常完成的事务，不需要恢复
2. binlog有记录，redolog状态prepare：在binlog写完提交事务之前的crash，恢复操作：提交事务
3. binlog无记录，redolog状态prepare：在binlog写完之前的crash，恢复操作：回滚事务
4. binlog无记录，redolog无记录：在redolog写之前crash，恢复操作：回滚事务

2. BinLog的三阶段提交策略

引入队列机制保证innodb commit顺序与binlog落盘顺序一致，并将事务分组，组内的binlog刷盘动作交给一个事务进行，实现组提交目的。binlog提交将提交分为了3个阶段，FLUSH阶段，SYNC阶段和COMMIT阶段。每个阶段都有一个队列，每个队列有一个mutex保护，约定进入队列第一个线程为leader，其他线程为follower，所有事情交由leader去做，leader做完所有动作后，通知follower刷盘结束。binlog组提交基本流程如下：
FLUSH 阶段
（1） 持有Lock_log mutex [leader持有，follower等待]
（2） 获取队列中的一组binlog(队列中的所有事务)
（3） 将binlog buffer到I/O cache
（4） 通知dump线程dump binlog
SYNC阶段
（1） 释放Lock_log mutex，持有Lock_sync mutex[leader持有，follower等待
（2） 将一组binlog 落盘(sync动作，最耗时，假设sync_binlog为1
COMMIT阶段
（1） 释放Lock_sync mutex，持有Lock_commit mutex[leader持有，follower等待]
（2） 遍历队列中的事务，逐一进行innodb commit
（3） 释放Lock_commit mutex
（4） 唤醒队列中等待的线程
说明：由于有多个队列，每个队列各自有mutex保护，队列之间是顺序的，约定进入队列的一个线程为leader，因此FLUSH阶段的leader可能是SYNC阶段的follower，但是follower永远是follower。

3. 为甚么Redo Log要有两阶段提交？

为了保证数据一致性，保证redo log和binlog中的数据是一致的，不会错乱

1. 先写redo log，后写binlog

如果redo log写完了，binlog还没写完，这时系统崩了。如果需要使用binlog进行数据恢复，那么恢复的数据会和redo log中记录的不一致，比原库少了一次更新

2. 先写binlog，后写redo log

写完binlog，还没写完redo log时系统又崩了，所以该事务无效。那么使用binlog进行数据恢复的时候，就会比redo log多了一个事务，数据又不一致了