MySQL-SQL InnoDB引擎 (中)

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前言

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目录

3 事务原理

3.1 事务基础

1). 事务

2). 特性

3.2 redo log

3.3 undo log

4 MVCC

4.1 基本概念

1). 当前读

2). 快照读

3). MVCC

4.2 隐藏字段

4.2.1 介绍

4.2.2 测试

1). 查看有主键的表 stu

2). 查看没有主键的表 employee


3 事务原理

3.1 事务基础

1). 事务

事务 是一组操作的集合,它是一个不可分割的工作单位,事务会把所有的操作作为一个整体一起向系统提交或撤销操作请求,即这些操作要么同时成功,要么同时失败。

2). 特性

原子性( Atomicity ):事务是不可分割的最小操作单元,要么全部成功,要么全部失败。
一致性( Consistency ):事务完成时,必须使所有的数据都保持一致状态。
隔离性( Isolation ):数据库系统提供的隔离机制,保证事务在不受外部并发操作影响的独立环
境下运行。
持久性( Durability ):事务一旦提交或回滚,它对数据库中的数据的改变就是永久的。
那实际上,我们研究事务的原理,就是研究 MySQL InnoDB 引擎是如何保证事务的这四大特性的。
MySQL-SQL InnoDB引擎 (中)

 

而对于这四大特性,实际上分为两个部分。 其中的原子性、一致性、持久化,实际上是由 InnoDB 中的两份日志来保证的,一份是 redo log 日志,一份是 undo log 日志。 而持久性是通过数据库的锁, 加上 MVCC 来保证的。
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我们在讲解事务原理的时候,主要就是来研究一下redologundolog以及MVCC 


3.2 redo log

重做日志,记录的是事务提交时数据页的物理修改,是用来实现事务的持久性。
该日志文件由两部分组成:重做日志缓冲( redo log buffer )以及重做日志文件( redo log
file , 前者是在内存中,后者在磁盘中。当事务提交之后会把所有修改信息都存到该日志文件中 ,
于在刷新脏页到磁盘 , 发生错误时 , 进行数据恢复使用。
如果没有 redolog ,可能会存在什么问题的? 我们一起来分析一下。
我们知道,在 InnoDB 引擎中的内存结构中,主要的内存区域就是缓冲池,在缓冲池中缓存了很多的数据页。 当我们在一个事务中,执行多个增删改的操作时, InnoDB 引擎会先操作缓冲池中的数据,如果缓冲区没有对应的数据,会通过后台线程将磁盘中的数据加载出来,存放在缓冲区中,然后将缓冲池中的数据修改,修改后的数据页我们称为脏页。 而脏页则会在一定的时机,通过后台线程刷新到磁盘中,从而保证缓冲区与磁盘的数据一致。 而缓冲区的脏页数据并不是实时刷新的,而是一段时间之后将缓冲区的数据刷新到磁盘中,假如刷新到磁盘的过程出错了,而提示给用户事务提交成功,而数据却没有持久化下来,这就出现问题了,没有保证事务的持久性。
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那么,如何解决上述的问题呢? 在 InnoDB 中提供了一份日志 redo log ,接下来我们再来分析一
下,通过 redolog 如何解决这个问题。
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有了 redolog 之后,当对缓冲区的数据进行增删改之后,会首先将操作的数据页的变化,记录在 redolog buffer 中。在事务提交时,会将 redo log buffer 中的数据刷新到 redo log 磁盘文件中。
过一段时间之后,如果刷新缓冲区的脏页到磁盘时,发生错误,此时就可以借助于 redo log 进行数据恢复,这样就保证了事务的持久性。 而如果脏页成功刷新到磁盘 或 或者涉及到的数据已经落盘,此时 redolog 就没有作用了,就可以删除了,所以存在的两个 redolog 文件是循环写的。
那为什么每一次提交事务,要刷新 redo log 到磁盘中呢,而不是直接将 buffer pool 中的脏页刷新
到磁盘呢 ?
因为在业务操作中,我们操作数据一般都是随机读写磁盘的,而不是顺序读写磁盘。 而 redo log
往磁盘文件中写入数据,由于是日志文件,所以都是顺序写的。顺序写的效率,要远大于随机写。 这
种先写日志的方式,称之为 WAL Write-Ahead Logging )。

3.3 undo log

回滚日志,用于记录数据被修改前的信息 , 作用包含两个 : 提供回滚 ( 保证事务的原子性 )
MVCC( 多版本并发控制 )
undo log redo log 记录物理日志不一样,它是逻辑日志。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。
Undo log 销毁: undo log 在事务执行时产生,事务提交时,并不会立即删除 undo log ,因为这些
日志可能还用于 MVCC
Undo log 存储: undo log 采用段的方式进行管理和记录,存放在前面介绍的 rollback segment
回滚段中,内部包含 1024 undo log segment

4 MVCC

4.1 基本概念

1). 当前读

读取的是记录的最新版本,读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录,会对读取的记录进行加锁。对于我们日常的操作,如: select ... lock in share mode( 共享锁 ) select ...
for update update insert delete( 排他锁 ) 都是一种当前读。
测试:
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在测试中我们可以看到,即使是在默认的 RR 隔离级别下,事务 A 中依然可以读取到事务 B 最新提交的内容,因为在查询语句后面加上了 lock in share mode 共享锁,此时是当前读操作。当然,当我们 加排他锁的时候,也是当前读操作。

2). 快照读

简单的 select (不加锁)就是快照读,快照读,读取的是记录数据的可见版本,有可能是历史数据,不加锁,是非阻塞读。
• Read Committed:每次 select ,都生成一个快照读。
• Repeatable Read :开启事务后第一个 select 语句才是快照读的地方。
• Serializable :快照读会退化为当前读。

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在测试中 , 我们看到即使事务 B 提交了数据 , 事务 A 中也查询不到。 原因就是因为普通的 select 是快照
读,而在当前默认的 RR 隔离级别下,开启事务后第一个 select 语句才是快照读的地方,后面执行相同的 select 语句都是从快照中获取数据,可能不是当前的最新数据,这样也就保证了可重复读。

3). MVCC

全称 Multi-Version Concurrency Control ,多版本并发控制。指维护一个数据的多个版本,
使得读写操作没有冲突,快照读为 MySQL 实现 MVCC 提供了一个非阻塞读功能。 MVCC 的具体实现,还需要依赖于数据库记录中的三个隐式字段、 undo log 日志、 readView
接下来,我们再来介绍一下 InnoDB 引擎的表中涉及到的隐藏字段 、 undolog 以及 readview ,从
而来介绍一下 MVCC 的原理。

4.2 隐藏字段

4.2.1 介绍

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当我们创建了上面的这张表,我们在查看表结构的时候,就可以显式的看到这三个字段。 实际上除了这三个字段以外, InnoDB 还会自动的给我们添加三个隐藏字段及其含义分别是:
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而上述的前两个字段是肯定会添加的, 是否添加最后一个字段 DB_ROW_ID ,得看当前表有没有主键,如果有主键,则不会添加该隐藏字段。

4.2.2 测试

1). 查看有主键的表 stu

进入服务器中的 /var/lib/mysql/itcast/ , 查看 stu 的表结构信息 , 通过如下指令 :
 
ibd2sdi stu.ibd
查看到的表结构信息中,有一栏 columns ,在其中我们会看到处理我们建表时指定的字段以外,还有额外的两个字段 分别是: DB_TRX_ID DB_ROLL_PTR ,因为该表有主键,所以没有 DB_ROW_ID隐藏字段。
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2). 查看没有主键的表 employee

建表语句:
create table employee (id int , name varchar(10));
此时,我们再通过以下指令来查看表结构及其其中的字段信息:
ibd2sdi employee.ibd
查看到的表结构信息中,有一栏 columns ,在其中我们会看到处理我们建表时指定的字段以外,还有额外的三个字段 分别是: DB_TRX_ID DB_ROLL_PTR DB_ROW_ID ,因为 employee 表是没有指定主键的。

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