MySQL事务中的BinLog与redolog与undolog

本文主要是介绍MySQL事务中的BinLog与redolog与undolog，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

- 1.redo log
- 2.undo log
- 3.binlog和事务日志的先后顺序及group commit
- 4.总结

1.redo log

redo log和二进制日志的区别

redo log不是二进制日志。 虽然二进制日志中也记录了innodb表的很多操作，也能实现重做的功能，但是它们之间有很大区别。
二进制日志是在存储引擎的上层产生的，不管是什么存储引擎，对数据库进行的修改都会产生二进制日志。
redo log是innodb层产生的，只记录该存储引擎中表的修改，并且二进制日志先于redo log被记录。
二进制日志记录操作的方法是逻辑性的语句。 即便它是基于行格式的记录方式，其本质也还是逻辑的SQL设置，如该行记录的每列的值是多少。
redo log是在物理格式上的日志，它记录的是数据库中每个页的修改。
二进制日志只在每次事务提交的时候一次性写入缓存中的日志"文件"(对于非事务表的操作，则是每次执行语句成功后就直接写入)。
redo log在数据准备修改前写入缓存中的redo log中，然后才对缓存中的数据执行修改操作；而且保证在发出事务提交指令时，先向缓存中的redo log写入日志，写入完成后才执行提交动作。
因为二进制日志只在提交的时候一次性写入，所以二进制日志中的记录方式和提交顺序有关，且一次提交对应一次记录。
redo log中是记录的是物理页的修改，redo log文件中同一个事务可能多次记录，最后一个提交的事务记录会覆盖所有未提交的事务记录。
例如事务T1，可能在redo log中记录了 T1-1,T1-2,T1-3，T1* 共4个操作，其中 T1* 表示最后提交时的日志记录，所以对应的数据页最终状态是 T1* 对应的操作结果。而且redo log是并发写入的，不同事务之间的不同版本的记录会穿插写入到redo log文件中，例如可能redo log的记录方式如下： T1-1,T1-2,T2-1,T2-2,T2*,T1-3,T1* 。
redo事务日志记录的是物理页的情况，它具有幂等性，因此记录日志的方式极其简练。
幂等性的意思是多次操作前后状态是一样的，例如新插入一行后又删除该行，前后状态没有变化。
而二进制日志记录的是所有影响数据的操作，记录的内容较多。例如插入一行记录一次，删除该行又记录一次。

redo log的基本概念

redo log包括两部分：
一是内存中的日志缓冲(redo log buffer)，该部分日志是易失性的；
二是磁盘上的重做日志文件(redo log file)，该部分日志是持久的；
为了确保每次日志都能写入到事务日志文件中，在每次将log buffer中的日志写入日志文件的过程中都会调用一次操作系统的fsync操作(即fsync()系统调用)。
要写入到磁盘上的log file中(redo:ib_logfileN文件,undo:share tablespace或.ibd文件)，中间还要经过操作系统内核空间的os buffer，调用fsync()的作用就是将OS buffer中的日志刷到磁盘上的log file中。
其他说明：之所以要经过一层os buffer，是因为open日志文件的时候，open没有使用O_DIRECT标志位，该标志位意味着绕过操作系统层的os buffer，IO直写到底层块存储设备。
不使用该标志位意味着将日志进行缓冲，缓冲到了一定容量，或者显式fsync()才会将缓冲中的刷到存储设备。
使用该标志位意味着每次都要发起系统调用。eg写abcde，不使用O_DIRECT将只发起一次系统调用，使用O_DIRECT将发起5次系统调用。
O_DIRECT相关测试见：linux open系统调用的O_DIRECT标记

MySQL支持用户自定义在commit时如何将log buffer中的日志刷log file中。

这种控制通过变量 innodb_flush_log_at_trx_commit 的值来决定。该变量有3种值：0、1、2，默认为1。
但注意，这个变量只是控制commit动作是否刷新log buffer到磁盘。
(1)当设置为1的时候，事务每次提交都会将log buffer中的日志写入os buffer,并调用fsync()刷到log file on disk中。这种方式即使系统崩溃也不会丢失任何数据，但是因为每次提交都写入磁盘，IO的性能较差。
(2)当设置为0的时候，事务提交时不会 将log buffer中日志写入到os buffer，而是每秒写入 os buffer并调用fsync()写入到log file on disk中。也就是说设置为0时是(大约)每秒刷新写入到磁盘中的，当系统崩溃，会丢失1秒钟的数据。
(3)当设置为2的时候，每次提交都仅写入到os buffer，然后是每秒调用fsync()将os buffer中的日志写入到log file on disk。

注意，有一个变量 innodb_flush_log_at_timeout 的值为1秒，该变量表示的是刷日志的频率。
很多人误以为是控制 innodb_flush_log_at_trx_commit 值为0和2时的1秒频率，实际上并非如此。
测试时将频率设置为5和设置为1，当 innodb_flush_log_at_trx_commit 设置为0和2的时候性能基本都是不变的。

在主从复制结构中，要保证事务的持久性和一致性，需要对日志相关变量设置为如下：

如果启用了二进制日志，则设置sync_binlog=1，即每提交一次事务同步写到磁盘中。
总是设置innodb_flush_log_at_trx_commit=1，即每提交一次事务都写到磁盘中。

上述两项变量的设置保证了：每次提交事务都写入二进制日志和事务日志，并在提交时将它们刷新到磁盘中。

选择刷日志的时间会严重影响数据修改时的性能，特别是刷到磁盘的过程。下例就测试了 innodb_flush_log_at_trx_commit 分别为0、1、2时的差距。

#创建测试表
drop table if exists test_flush_log;
create table test_flush_log(id int,name char(50))engine=innodb;#创建插入指定行数的记录到测试表中的存储过程
drop procedure if exists proc;
delimiter $$
create procedure proc(i int)
begindeclare s int default 1;declare c char(50) default repeat('a',50);while s<=i dostart transaction;insert into test_flush_log values(null,c);commit;set s=s+1;end while;
end$$
delimiter ;当前环境下， innodb_flush_log_at_trx_commit 的值为1，即每次提交都刷日志到磁盘。
测试此时插入10W条记录的时间。
mysql> call proc(100000);
Query OK, 0 rows affected (15.48 sec)
结果是15.48秒。再测试值为2的时候，即每次提交都刷新到os buffer，但每秒才刷入磁盘中。
mysql> set @@global.innodb_flush_log_at_trx_commit=2;    
mysql> truncate test_flush_log;mysql> call proc(100000);
Query OK, 0 rows affected (3.41 sec)
结果插入时间大减，只需3.41秒。最后测试值为0的时候，即每秒才刷到os buffer和磁盘。
mysql> set @@global.innodb_flush_log_at_trx_commit=0;
mysql> truncate test_flush_log;mysql> call proc(100000);
Query OK, 0 rows affected (2.10 sec)
结果只有2.10秒。

小结：

最后可以发现，其实值为2和0的时候，它们的差距并不太大，但2却比0要安全的多。
它们都是每秒从os buffer刷到磁盘，它们之间的时间差体现在log buffer刷到os buffer上。因为将log buffer中的日志刷新到os buffer只是内存数据的转移，并没有太大的开销，所以每次提交和每秒刷入差距并不大
尽管设置为0和2可以大幅度提升插入性能，但是在故障的时候可能会丢失1秒钟数据，这1秒钟很可能有大量的数据，更好的插入数据的做法是将值设置为1，然后修改存储过程，将每次循环都提交修改为只提交一次，这样既能保证数据的一致性，也能提升性能， 修改如下：

drop procedure if exists proc;
delimiter $$
create procedure proc(i int)
begindeclare s int default 1;declare c char(50) default repeat('a',50);start transaction;while s<=i DOinsert into test_flush_log values(null,c);set s=s+1;end while;commit;
end$$
delimiter ;测试值为1时的情况。
mysql> set @@global.innodb_flush_log_at_trx_commit=1;
mysql> truncate test_flush_log;mysql> call proc(1000000);
Query OK, 0 rows affected (11.26 sec)

日志块(log block)

innodb存储引擎中，redo log以块为单位进行存储的，每个块占512字节，这称为redo log block。所以不管是log buffer中还是os buffer中以及redo log file on disk中，都是这样以512字节的块存储的。
每个redo log block由3部分组成：日志块头、日志块尾和日志主体。
其中日志块头占用12字节，日志块尾占用8字节，所以每个redo log block的日志主体部分只有512-12-8=492字节。
因为redo log记录的是数据页的变化，当一个数据页产生的变化需要使用超过492字节()的redo log来记录，那么就会使用多个redo log block来记录该数据页的变化。
日志块头包含4部分：
（1）log_block_hdr_no：(4字节)该日志块在redo log buffer中的位置ID。
（2）log_block_hdr_data_len：(2字节)该log block中已记录的log大小。写满该log block时为0x200，表示512字节。
（3）log_block_first_rec_group：(2字节)该log block中第一个log的开始偏移位置。
（4）lock_block_checkpoint_no：(4字节)写入检查点信息的位置。
上面所说的是一个日志块的内容，在redo log buffer或者redo log file on disk中，由很多log block组成。如下图：

log group和redo log file

log group表示的是redo log group，一个组内由多个大小完全相同的redo log file组成。
组内redo log file的数量由变量 innodb_log_files_group 决定，默认值为2，即两个redo log file。
这个组是一个逻辑的概念，并没有真正的文件来表示这是一个组，但是可以通过变量 innodb_log_group_home_dir 来定义组的目录，redo log file都放在这个目录下，默认是在datadir下。

mysql> show global variables like "innodb_log%";
+-----------------------------+----------+
| Variable_name               | Value    |
+-----------------------------+----------+
| innodb_log_buffer_size      | 8388608  |
| innodb_log_compressed_pages | ON       |
| innodb_log_file_size        | 50331648 |
| innodb_log_files_in_group   | 2        |
| innodb_log_group_home_dir   | ./       |
+-----------------------------+----------+[root@xuexi data]# ll /mydata/data/ib*
-rw-rw---- 1 mysql mysql 79691776 Mar 30 23:12 /mydata/data/ibdata1
-rw-rw---- 1 mysql mysql 50331648 Mar 30 23:12 /mydata/data/ib_logfile0
-rw-rw---- 1 mysql mysql 50331648 Mar 30 23:12 /mydata/data/ib_logfile1

可以看到在默认的数据目录下，有两个ib_logfile开头的文件，它们就是log group中的redo log file，而且它们的大小完全一致且等于变量 innodb_log_file_size 定义的值。
第一个文件ibdata1是在没有开启 innodb_file_per_table 时的共享表空间文件，对应于开启 innodb_file_per_table 时的.ibd文件。
在innodb将log buffer中的redo log block刷到这些log file中时，会以追加写入的方式循环轮训写入。即先在第一个log file（即ib_logfile0）的尾部追加写，直到满了之后向第二个log file（即ib_logfile1）写。
当第二个log file满了会清空一部分第一个log file继续写入。
在每个组的第一个redo log file中，前2KB记录4个特定的部分，从2KB之后才开始记录log block。
除了第一个redo log file中会记录，log group中的其他log file不会记录这2KB，但是却会腾出这2KB的空间。
其他：redo log file的大小对innodb的性能影响非常大，设置的太大，恢复的时候就会时间较长，设置的太小，就会导致在写redo log的时候循环切换redo log file。
如下：

redo log的格式

因为innodb存储引擎存储数据的单元是页(和SQL Server中一样)，所以redo log也是基于页的格式来记录的。
默认情况下，innodb的页大小是16KB(由 innodb_page_size 变量控制)，一个页内可以存放非常多的log block(每个512字节)，而log block中记录的又是数据页的变化。
其中log block中492字节的部分是log body，该log body的格式分为4部分：
（1）redo_log_type：占用1个字节，表示redo log的日志类型。
（2）space：表示表空间的ID，采用压缩的方式后，占用的空间可能小于4字节。
（3）page_no：表示页的偏移量，同样是压缩过的。
（4）redo_log_body表示每个重做日志的数据部分，恢复时会调用相应的函数进行解析。
例如insert语句和delete语句写入redo log的内容是不一样的。如下图，分别是insert和delete大致的记录方式。

日志刷盘的规则

log buffer中未刷到磁盘的日志称为脏日志(dirty log)。
在上面的说过，默认情况下事务每次提交的时候都会刷事务日志到磁盘中，这是因为变量 innodb_flush_log_at_trx_commit 的值为1。
但是innodb不仅仅只会在有commit动作后才会刷日志到磁盘，这只是innodb存储引擎刷日志的规则之一。
刷日志到磁盘有以下几种规则：
（1）发出commit动作时。已经说明过，commit发出后是否刷日志由变量 innodb_flush_log_at_trx_commit 控制。
（2）每秒刷一次。这个刷日志的频率由变量 innodb_flush_log_at_timeout 值决定，默认是1秒。要注意，这个刷日志频率和commit动作无关。
（3）当log buffer中已经使用的内存超过一半时。
（4）当有checkpoint时，checkpoint在一定程度上代表了刷到磁盘时日志所处的LSN位置。

数据页刷盘的规则及checkpoint

不仅仅是日志需要刷盘，脏数据页也一样需要刷盘。
内存中(buffer pool)未刷到磁盘的数据称为脏数据(dirty data)。
由于数据和日志都以页的形式存在，所以脏页表示脏数据和脏日志。
在innodb中，数据刷盘的规则只有一个：checkpoint。
但是触发checkpoint的情况却有几种。不管怎样，checkpoint触发后，会将buffer中脏数据页和脏日志页都刷到磁盘。
innodb存储引擎中checkpoint分为两种：
（1）sharp checkpoint：在重用redo log文件(例如切换日志文件)的时候，将所有已记录到redo log中对应的脏数据刷到磁盘。
（2）fuzzy checkpoint：一次只刷一小部分的日志到磁盘，而非将所有脏日志刷盘。
有以下几种情况会触发该检查点：
（1）master thread checkpoint：由master线程控制，每秒或每10秒刷入一定比例的脏页到磁盘。
（2）flush_lru_list checkpoint：从MySQL5.6开始可通过 innodb_page_cleaners 变量指定专门负责脏页刷盘的page cleaner线程的个数，该线程的目的是为了保证lru列表有可用的空闲页。
（3）async/sync flush checkpoint：同步刷盘还是异步刷盘。例如还有非常多的脏页没刷到磁盘(非常多是多少，有比例控制)，这时候会选择同步刷到磁盘，但这很少出现；如果脏页不是很多，可以选择异步刷到磁盘，如果脏页很少，可以暂时不刷脏页到磁盘
（4）dirty page too much checkpoint：脏页太多时强制触发检查点，目的是为了保证缓存有足够的空闲空间。too much的比例由变量 innodb_max_dirty_pages_pct 控制，MySQL 5.6默认的值为75，即当脏页占缓冲池的百分之75后，就强制刷一部分脏页到磁盘。
由于刷脏页需要一定的时间来完成，所以记录检查点的位置是在每次刷盘结束之后才在redo log中标记的。
MySQL停止时是否将脏数据和脏日志刷入磁盘，由变量innodb_fast_shutdown={ 0|1|2 }控制，默认值为1，即停止时只做一部分purge，忽略大多数flush操作(但至少会刷日志)，在下次启动的时候再flush剩余的内容，实现fast shutdown。
补充：purge线程两个主要作用是：清理undo页和清除page里面带有Delete_Bit标识的数据行。
在InnoDB中，事务中的Delete操作实际上并不是真正的删除掉数据行，而是一种Delete Mark操作，在记录上标识Delete_Bit，而不删除记录。是一种”假删除”,只是做了个标记，真正的删除工作需要后台purge线程去完成。

LSN超详细分析

LSN称为日志的逻辑序列号(log sequence number)，在innodb存储引擎中，lsn占用8个字节。
LSN的值会随着日志的写入而逐渐增大。
根据LSN，可以获取到几个有用的信息：
（1）数据页的版本信息。
（2）写入的日志总量，通过LSN开始号码和结束号码可以计算出写入的日志量。
（3）可知道检查点的位置。
（4）实际上还可以获得很多隐式的信息。
LSN不仅存在于redo log中，还存在于数据页中，在每个数据页的头部，有一个fil_page_lsn记录了当前页最终的LSN值是多少。
通过数据页中的LSN值和redo log中的LSN值比较，如果页中的LSN值小于redo log中LSN值，则表示数据丢失了一部分，这时候可以通过redo log的记录来恢复到redo log中记录的LSN值时的状态。
redo log的lsn信息可以通过 show engine innodb status 来查看。MySQL 5.5版本的show结果中只有3条记录，没有pages flushed up to。

mysql> show engine innodb stauts
---
LOG
---
Log sequence number 2225502463
Log flushed up to   2225502463
Pages flushed up to 2225502463
Last checkpoint at  2225502463
0 pending log writes, 0 pending chkp writes
3201299 log i/o's done, 0.00 log i/o's/secondlog sequence number就是当前的redo log(in buffer)中的lsn；
log flushed up to是刷到redo log file on disk中的lsn；
pages flushed up to是已经刷到磁盘数据页上的LSN；
last checkpoint at是上一次检查点所在位置的LSN。

innodb从执行修改语句流程：

(1).首先修改内存中的数据页，并在数据页中记录LSN，暂且称之为data_in_buffer_lsn；
(2).并且在修改数据页的同时(几乎是同时)向redo log in buffer中写入redo log，并记录下对应的LSN，暂且称之为redo_log_in_buffer_lsn；
(3).写完buffer中的日志后，当触发了日志刷盘的几种规则时，会向redo log file on disk刷入重做日志，并在该文件中记下对应的LSN，暂且称之为redo_log_on_disk_lsn；
(4).数据页不可能永远只停留在内存中，在某些情况下，会触发checkpoint来将内存中的脏页(数据脏页和日志脏页)刷到磁盘，所以会在本次checkpoint脏页刷盘结束时，在redo log中记录checkpoint的LSN位置，暂且称之为checkpoint_lsn。
(5).要记录checkpoint所在位置很快，只需简单的设置一个标志即可，但是刷数据页并不一定很快，例如这一次checkpoint要刷入的数据页非常多。
也就是说要刷入所有的数据页需要一定的时间来完成，中途刷入的每个数据页都会记下当前页所在的LSN，暂且称之为data_page_on_disk_lsn。
详细说明如下图：
图中，从上到下的横线分别代表：时间轴、buffer中数据页中记录的LSN(data_in_buffer_lsn)、磁盘中数据页中记录的LSN(data_page_on_disk_lsn)、buffer中重做日志记录的LSN(redo_log_in_buffer_lsn)、磁盘中重做日志文件中记录的LSN(redo_log_on_disk_lsn)以及检查点记录的LSN(checkpoint_lsn)。

假设在最初时(12:0:00)所有的日志页和数据页都完成了刷盘，也记录好了检查点的LSN，这时它们的LSN都是完全一致的。假设此时开启了一个事务，并立刻执行了一个update操作，执行完成后，buffer中的数据页和redo log都记录好了更新后的LSN值，
假设为110。这时候如果执行 show engine innodb status 查看各LSN的值，即图中①处的位置状态，结果会是：
log sequence number(110) > log flushed up to(100) = pages flushed up to = last checkpoint at之后又执行了一个delete语句，LSN增长到150。等到12:00:01时，触发redo log刷盘的规则(其中有一个规则是 innodb_flush_log_at_timeout 控制的默认日志刷盘频率为1秒)，
这时redo log file on disk中的LSN会更新到和redo log in buffer的LSN一样，所以都等于150，
这时 show engine innodb status ，即图中②的位置，结果将会是：
log sequence number(150) = log flushed up to > pages flushed up to(100) = last checkpoint at再之后，执行了一个update语句，缓存中的LSN将增长到300，即图中③的位置。假设随后检查点出现，即图中④的位置，正如前面所说，检查点会触发数据页和日志页刷盘，但需要一定的时间来完成，
所以在数据页刷盘还未完成时，检查点的LSN还是上一次检查点的LSN，但此时磁盘上数据页和日志页的LSN已经增长了，即：
log sequence number > log flushed up to 和 pages flushed up to > last checkpoint at但是log flushed up to和pages flushed up to的大小无法确定，因为日志刷盘可能快于数据刷盘，也可能等于，还可能是慢于。
但是checkpoint机制有保护数据刷盘速度是慢于日志刷盘的：当数据刷盘速度超过日志刷盘时，将会暂时停止数据刷盘，
等待日志刷盘进度超过数据刷盘。等到数据页和日志页刷盘完毕，即到了位置⑤的时候，所有的LSN都等于300。随着时间的推移到了12:00:02，即图中位置⑥，又触发了日志刷盘的规则，
但此时buffer中的日志LSN和磁盘中的日志LSN是一致的，所以不执行日志刷盘，即此时 show engine innodb status 时各种lsn都相等。随后执行了一个insert语句，假设buffer中的LSN增长到了800，即图中位置⑦。此时各种LSN的大小和位置①时一样。随后执行了提交动作，即位置⑧。默认情况下，提交动作会触发日志刷盘，但不会触发数据刷盘，所以 show engine innodb status 的结果是：
log sequence number = log flushed up to > pages flushed up to = last checkpoint at最后随着时间的推移，检查点再次出现，即图中位置⑨。但是这次检查点不会触发日志刷盘，因为日志的LSN在检查点出现之前已经同步了。
假设这次数据刷盘速度极快，快到一瞬间内完成而无法捕捉到状态的变化，这时 show engine innodb status 的结果将是各种LSN相等。

innodb的恢复行为

在启动innodb的时候，不管上次是正常关闭还是异常关闭，总是会进行恢复操作。
因为redo log记录的是数据页的物理变化，因此恢复的时候速度比逻辑日志(如二进制日志)要快很多。而且，innodb自身也做了一定程度的优化，让恢复速度变得更快。
重启innodb时，checkpoint表示已经完整刷到磁盘上data page上的LSN，因此恢复时仅需要恢复从checkpoint开始的日志部分。
例如，当数据库在上一次checkpoint的LSN为10000时宕机，且事务是已经提交过的状态。启动数据库时会检查磁盘中数据页的LSN，如果数据页的LSN小于日志中的LSN，则会从检查点开始恢复。
还有一种情况，在宕机前正处于checkpoint的刷盘过程，且数据页的刷盘进度超过了日志页的刷盘进度。
这时候一宕机，数据页中记录的LSN就会大于日志页中的LSN，在重启的恢复过程中会检查到这一情况，这时超出日志进度的部分将不会重做，因为这本身就表示已经做过的事情，无需再重做。
另外，事务日志具有幂等性，所以多次操作得到同一结果的行为在日志中只记录一次。
而二进制日志不具有幂等性，多次操作会全部记录下来，在恢复的时候会多次执行二进制日志中的记录，速度就慢得多。
例如，某记录中id初始值为2，通过update将值设置为了3，后来又设置成了2，在事务日志中记录的将是无变化的页，根本无需恢复；而二进制会记录下两次update操作，恢复时也将执行这两次update操作，速度比事务日志恢复更慢。

和redo log有关的几个变量

innodb_flush_log_at_trx_commit={0|1|2} # 指定何时将事务日志刷到磁盘，默认为1。
（1）0表示每秒将"log buffer"同步到"os buffer"且从"os buffer"刷到磁盘日志文件中。
（2）1表示每事务提交都将"log buffer"同步到"os buffer"且从"os buffer"刷到磁盘日志文件中。
（3）2表示每事务提交都将"log buffer"同步到"os buffer"但每秒才从"os buffer"刷到磁盘日志文件中。
innodb_log_buffer_size：# log buffer的大小，默认8M
innodb_log_file_size：#事务日志的大小，默认5M
innodb_log_files_group =2：# 事务日志组中的事务日志文件个数，默认2个
innodb_log_group_home_dir =./：# 事务日志组路径，当前目录表示数据目录
innodb_mirrored_log_groups =1：# 指定事务日志组的镜像组个数，但镜像功能好像是强制关闭的，所以只有一个log group。在MySQL5.7中该变量已经移除。

重做日志的写入流程

下图表示了重做日志的写入流程，每个mini-transaction对应每一条DML操作，比如一条update语句，其由一个mini-transaction来保证，对数据修改后，产生redo1，首先将其写入mini-transaction私有的Buffer中，update语句结束后，将redo1从私有Buffer拷贝到公有的Log Buffer中。
当整个外部事务提交时，将redo log buffer再刷入到redo log file中。

2.undo log

undo log有两个作用：提供回滚和多个行版本控制(MVCC)。
在数据修改的时候，不仅记录了redo，还记录了相对应的undo，如果因为某些原因导致事务失败或回滚了，可以借助该undo进行回滚。
undo log与redo log的区别：
（1）undo log和redo log记录物理日志不一样，它是逻辑日志。
（2）可以认为当delete一条记录时，undo log中会记录一条对应的insert记录，反之亦然，当update一条记录时，它记录一条对应相反的update记录。
当执行rollback时，就可以从undo log中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。
有时候应用到行版本控制的时候，也是通过undo log来实现的：当读取的某一行被其他事务锁定时，它可以从undo log中分析出该行记录以前的数据是什么，从而提供该行版本信息，让用户实现非锁定一致性读取。
undo log是采用段(segment)的方式来记录的，每个undo操作在记录的时候占用一个undo log segment。
另外，undo log也会产生redo log，因为undo log也要实现持久性保护。

undo log的存储方式

innodb存储引擎对undo的管理采用段的方式。
(1)rollback segment称为回滚段，每个回滚段中有1024个undo log segment。
(2)在以前老版本，只支持1个rollback segment，这样就只能记录1024个undo log segment。
后来MySQL5.5可以支持128个rollback segment，即支持128*1024个undo操作，还可以通过变量 innodb_undo_logs (5.6版本以前该变量是 innodb_rollback_segments )自定义多少个rollback segment，默认值为128。
undo log默认存放在共享表空间中。
如果开启了 innodb_file_per_table ，将放在每个表的.ibd文件中。

[root@xuexi data]# ll /mydata/data/ib*
-rw-rw---- 1 mysql mysql 79691776 Mar 31 01:42 /mydata/data/ibdata1
-rw-rw---- 1 mysql mysql 50331648 Mar 31 01:42 /mydata/data/ib_logfile0
-rw-rw---- 1 mysql mysql 50331648 Mar 31 01:42 /mydata/data/ib_logfile1

在MySQL5.6中，undo的存放位置还可以通过变量 innodb_undo_directory 来自定义存放目录，默认值为"."表示datadir。
默认rollback segment全部写在一个文件中，但可以通过设置变量 innodb_undo_tablespaces 平均分配到多少个文件中。
如果开启了 innodb_file_per_table ，将放在每个表的.ibd文件中。
该变量为静态变量，只能在数据库示例停止状态下修改，如写入配置文件或启动时带上对应参数。但是innodb存储引擎在启动过程中提示，不建议修改为非0的值，如下：

2017-03-31 13:16:00 7f665bfab720 InnoDB: Expected to open 3 undo tablespaces but was able
2017-03-31 13:16:00 7f665bfab720 InnoDB: to find only 0 undo tablespaces.
2017-03-31 13:16:00 7f665bfab720 InnoDB: Set the innodb_undo_tablespaces parameter to the
2017-03-31 13:16:00 7f665bfab720 InnoDB: correct value and retry. Suggested value is 0

和undo log相关的变量

undo相关的变量在MySQL5.6中已经变得很少。
如下：它们的意义在上文中已经解释了。

 mysql> show variables like "%undo%";
+-------------------------+-------+
| Variable_name           | Value |
+-------------------------+-------+
| innodb_undo_directory   | .     |
| innodb_undo_logs        | 128   |
| innodb_undo_tablespaces | 0     |
+-------------------------+-------+

delete/update操作的内部机制

当事务提交的时候，innodb不会立即删除undo log，因为后续还可能会用到undo log
如隔离级别为repeatable read时，事务读取的都是开启事务时的最新提交行版本，只要该事务不结束，该行版本就不能删除，即undo log不能删除。
但是在事务提交的时候，会将该事务对应的undo log放入到删除列表中，未来通过purge来删除。
并且提交事务时，还会判断undo log分配的页是否可以重用，如果可以重用，则会分配给后面来的事务，避免为每个独立的事务分配独立的undo log页而浪费存储空间和性能。
通过undo log记录delete和update操作的结果发现：(insert操作无需分析，就是插入行而已)
delete操作实际上不会直接删除，而是将delete对象打上delete flag，标记为删除，最终的删除操作是purge线程完成的。
update分为两种情况：update的列是否是主键列。
（1）如果不是主键列，在undo log中直接反向记录是如何update的。即update是直接进行的。
（2）如果是主键列，update分两部执行：先删除该行，再插入一行目标行。

3.binlog和事务日志的先后顺序及group commit

为了提高性能，通常会将有关联性的多个数据修改操作放在一个事务中，这样可以避免对每个修改操作都执行完整的持久化操作。这种方式，可以看作是人为的组提交(group commit)。

除了将多个操作组合在一个事务中，记录binlog的操作也可以按组的思想进行优化：将多个事务涉及到的binlog一次性flush，而不是每次flush一个binlog。
事务在提交的时候不仅会记录事务日志，还会记录二进制日志，但是它们谁先记录呢？
二进制日志是MySQL的上层日志，先于存储引擎的事务日志被写入。
在MySQL5.6以前
（1）当事务提交(即发出commit指令)后，MySQL接收到该信号进入commit prepare阶段；
进入prepare阶段后，立即写内存中的二进制日志，写完内存中的二进制日志后就相当于确定了commit操作；
（2）然后开始写内存中的事务日志；
（3）最后将二进制日志和事务日志刷盘，它们如何刷盘，分别由变量 sync_binlog 和 innodb_flush_log_at_trx_commit 控制。
缺点：
但因为要保证二进制日志和事务日志的一致性，在提交后的prepare阶段会启用一个prepare_commit_mutex锁来保证它们的顺序性和一致性。但这样会导致开启二进制日志后group commmit失效，特别是在主从复制结构中，几乎都会开启二进制日志。
在MySQL5.6中进行了改进。
（1）提交事务时，在存储引擎层的上一层结构中会将事务按序放入一个队列，队列中的第一个事务称为leader，其他事务称为follower，leader控制着follower的行为。
虽然顺序还是一样先刷二进制，再刷事务日志，但是机制完全改变了：删除了原来的prepare_commit_mutex行为，也能保证即使开启了二进制日志，group commit也是有效的。
（2）MySQL5.6中分为3个步骤：flush阶段、sync阶段、commit阶段。

flush阶段：向内存中写入每个事务的二进制日志。
sync阶段：将内存中的二进制日志刷盘。若队列中有多个事务，那么仅一次fsync操作就完成了二进制日志的刷盘操作。这在MySQL5.6中称为BLGC(binary log group commit)。
commit阶段：leader根据顺序调用存储引擎层事务的提交，由于innodb本就支持group commit，所以解决了因为锁 prepare_commit_mutex 而导致的group commit失效问题。
在flush阶段写入二进制日志到内存中，但是不是写完就进入sync阶段的，而是要等待一定的时间，多积累几个事务的binlog一起进入sync阶段，等待时间由变量 binlog_max_flush_queue_time 决定，默认值为0表示不等待直接进入sync，设置该变量为一个大于0的值的好处是group中的事务多了，性能会好一些，但是这样会导致事务的响应时间变慢，所以建议不要修改该变量的值，除非事务量非常多并且不断的在写入和更新。
进入到sync阶段，会将binlog从内存中刷入到磁盘，刷入的数量和单独的二进制日志刷盘一样，由变量 sync_binlog 控制。
当有一组事务在进行commit阶段时，其他新事务可以进行flush阶段，它们本就不会相互阻塞，所以group commit会不断生效。
当然，group commit的性能和队列中的事务数量有关，如果每次队列中只有1个事务，那么group commit和单独的commit没什么区别，当队列中事务越来越多时，即提交事务越多越快时，group commit的效果越明显。

4.总结

事务的4种特性：

原子性、一致性、隔离性和持久性
事务的隔离性由锁机制实现
原子性、一致性和持久性由事务的redo日志和undo日志来保证。

redo log通常是物理日志，记录的是数据页的物理修改，而不是某一行或某几行修改成怎样

作用：用户数据库的奔溃恢复，它用来恢复提交后的物理数据页(恢复数据页，且只能恢复到最后一次提交的位置)。
redo日志的组成：内存中的日志缓冲redo log buffer+磁盘中的日志文件redo log file
写redo日志的时间：数据页修改完毕后，脏页刷到磁盘之前，先写入redo日志；redo日志比数据页先写回磁盘；
redo日志如何保证事务的持久性：
（1）InnoDB是事务的存储引擎
（2）通过Force Log at Commit 机制实现事务的持久性，即当事务提交时，先将 redo log buffer 写入到 redo log file 进行持久化，待事务的commit操作完成时才算完成。这种做法也被称为 Write-Ahead Log(预先日志持久化)，在持久化一个数据页之前，先将内存中相应的日志页持久化。
每个页都有一个LSN，代表日志序列号，当一个数据页需要写入到持久化设备之前，要求内存中小于该页LSN的日志先写入持久化设备。
Write-Ahead Log只能保证单个数据页的一致性，Force-log-at-commit保证事务的一致性
Write-Ahead Log 可以保证单个数据页的一致性，但是无法保证事务的持久性，Force-log-at-commit 要求当一个事务提交时，其产生所有的mini-transaction 日志必须刷新到磁盘中

undo用来回滚行记录到某个版本。

undo log一般是逻辑日志，根据每行记录进行记录。
undo log的定义：undo log主要记录的是数据的逻辑变化，为了在发生错误时回滚之前的操作，需要将之前的操作都记录下来，然后在发生错误时才可以回滚。
undo日志的作用：事务回滚、MVCC
undo日志，只将数据库逻辑地恢复到原来的样子，在回滚的时候，它实际上是做的相反的工作，比如一条INSERT ，对应一条 DELETE，对于每个UPDATE,对应一条相反的 UPDATE,将修改前的行放回去。
undo日志用于事务的回滚操作进而保障了事务的原子性。
undo log的写入时机：DML操作修改聚簇索引前，记录undo日志
undo的类型：
undo log分为：insert undo log、update undo log
（1）insert undo log是指在insert 操作中产生的undo log，因为insert操作的记录，只对事务本身可见，对其他事务不可见。
故该undo log可以在事务提交后直接删除，不需要进行purge操作。
（2）update undo log记录的是对delete 和update操作产生的undo log，该undo log可能需要提供MVCC机制，因此不能在事务提交时就进行删除。提交时放入undo log链表，等待purge线程进行最后的删除。

参考：