SQL实战研究InnoDB架构设计

update `user` set `name`='xxx' where `id`=1;

业务系统通过一个数据库连接发给MySQL,经过SQL接口、解析器、优化器、执行器,解析SQL语句,生成执行计划,接着由执行器负责执行该计划,调用InnoDB的接口去实际执行。

本文研究存储引擎的架构设计,探索存储引擎内部如何完成一条更新语句。

InnoDB的内存结构:缓冲池

InnoDB内部放在内存里的组件,缓冲池(Buffer Pool),会缓存很多数据, 以便之后查询时,若缓冲池有数据,无需查磁盘:

所以当InnoDB执行更新语句时 ,如对“id=1”这行数据,会先将“id=1”这行数据看是否在缓冲池:

  • 若不在,则直接从磁盘里加载到缓冲池,接着对这行记录加独占锁(更新“id=1”这行数据时,肯定不允许别人同时更新)

undo日志文件:让你更新的数据可回滚

假设“id=1”这行数据的name原来是“Java”,现在我们要更新为“Edge”,则此时得先把要更新的原来的值“Java”和“id=1”这些信息,写入undo日志文件。

若执行一个更新语句,要是他在一个事务里,则事务提交前,我们都可以对数据进行回滚,即把你更新为“Edge”的值回滚到之前的“Java”。

所以考虑到后续可能需要回滚数据,这里会把你更新前的值写入undo日志文件:

更新buffer pool

当要更新的那行记录从磁盘文件加载到缓冲池,同时对其锁后,而且还把更新前的旧值写入undo日志文件后,就能开始更新该行记录。

更新时,先更新缓冲池中的记录,此时这个数据就是脏数据了。

把内存里的“id=1”这行数据的name字段修改为“Edge”,为何此时这行数据就是脏数据了?因为这时磁盘上 中“id=1”这行数据的name还是“Java”,但内存里这行数据已被修改,所以它就是脏数据:

Redo Log Buffer

万一系统宕机,如何避免数据丢失?

现在已修改了内存数据,但还没修改磁盘数据,若此时MySQL所在机器宕机,内存里修改过的数据就会丢失,咋办?

这时,就得将对内存所做的修改写到Redo Log Buffer,也是内存里的一个缓冲区,存放redo日志。

redo日志,记录你对数据做了什么修改,如对id=1这行记录修改了name字段的值为Edge。

redo日志就是在MySQL宕机时,用来恢复你更新过的数据。

若还没提交事务,MySQL宕机了,咋办?

在数据库中,哪怕执行一条SQL语句,其实也可算做一个独立事务,只有当你提交事务后,SQL语句才算执行结束。

所以至此,其实还没提交事务,若此时MySQL宕机,导致内存里Buffer Pool中的修改过的数据丢失了,同时你写入Redo Log Buffer中的redo日志也会丢失,这咋办?

其实没必要惊恐,因为这条更新语句,没提交事务,就代表他还没执行成功,此时MySQL宕机了,虽然导致内存的数据更新都丢失了,但磁盘上的数据依然还停留在原样。

即“id=1”那行数据的name还是原值,所以此时你的这个事务就是执行失败了,没能成功完成更新,那你就会收到一个数据库异常。然后当MySQL重启正常后,你会发现你的数据并没有任何变化。所以此时即使MySQL宕机,也不会有任何问题。

提交事务时,将redo日志写盘

现在真的想提交一个事务,就会根据策略将redo log从redo log buffer里刷盘。

该策略可通过innodb_flush_log_at_trx_commit配置:

  • 参数=0时,那你提交事务时,不会把redo log buffer里的数据刷盘,此时可能你都提交事务了,结果MySQL宕机了,然后此时内存里的数据全部丢失。相当于你提交事务成功了,但由于MySQL突然宕机,导致内存中的数据和redo日志都丢了。

  • 参数=1,你提交事务时,就必须把redo log从内存刷盘,只要事务提交成功,则redo log必然在磁盘

那么只要提交事务成功后,redo日志一定在磁盘,此时你肯定会有一条redo日志说,“我此时对哪个数据做了一个什么修改,如name修改为Edge了”。

即使此时Buffer Pool中更新过的数据还没刷盘,此时内存数据是更新后的“name=Edge”,而磁盘上的数据还是未更新的“name=Java”。

提交事务后,可能处于的一个状态:

此时,若提交事务后处于上图状态,然后MySQL突然宕机,也不会丢失数据。

虽然内存里的修改成name=Edge的数据会丢,但redo日志里已经记录:对某数据做了修改name=Edge。

所以之前由于系统崩溃,而现在MySQL重启后,还能根据redo日志,恢复之前做过的修改:

若innodb_flush_log_at_trx_commit=2呢?

提交事务时,把redo日志写入磁盘文件对应的os cache缓存,而不是直接进入磁盘文件,可能1s后,才把os cache里的数据写入到磁盘文件。这种模式下,提交事务后,redo log可能仅停留在os cache内存缓存,还没实际进入磁盘文件,若此时宕机,则os cache里的redo log就会丢失,同样会让你感觉提交事务了,但结果数据丢了:

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