MySQL 为什么需要两阶段提交？

为什么要两阶段提交？一阶段提交不行吗？

小伙伴们知道，MySQL 中的事务是两阶段提交，我们见到的很多分布式事务也都是两阶段提交的，例如 Seata，那么为什么要两阶段提交呢？一次直接提交了不行吗？今天我们来聊聊这个话题。

1. 什么是两阶段提交

1.1 binlog 与 redolog

binlog

binlog 我们中文一般称作归档日志，如果大家看过松哥之前发的 MySQL 主从搭建，应该对这个日志有印象，当我们搭建 MySQL 主从的时候就离不开 binlog（传送门：MySQL8 主从复制踩坑指南）。

binlog 是 MySQL Server 层的日志，而不是存储引擎自带的日志，它记录了所有的 DDL 和 DML(不包含数据查询语句)语句，而且是以事件形式记录，还包含语句所执行的消耗的时间等，需要注意的是：

  • binlog 是一种逻辑日志，他里边所记录的是一条 SQL 语句的原始逻辑，例如给某一个字段 +1，注意这个区别于 redo log 的物理日志（在某个数据页上做了什么修改）。
  • binlog 文件写满后，会自动切换到下一个日志文件继续写，而不会覆盖以前的日志，这个也区别于 redo log，redo log 是循环写入的，即后面写入的可能会覆盖前面写入的。
  • 一般来说，我们在配置 binlog 的时候，可以指定 binlog 文件的有效期，这样在到期后，日志文件会自动删除，这样避免占用较多存储空间。

根据 MySQL 官方文档的介绍，开启 binlog 之后，大概会有 1% 的性能损耗，不过这还是可以接受的，一般来说，binlog 有两个重要的使用场景：

  • MySQL 主从复制时：在主机上开启 binlog，主机将 binlog 同步给从机，从机通过 binlog 来同步数据，进而实现主机和从机的数据同步。
  • MySQL 数据恢复，通过使用 mysqlbinlog 工具再结合 binlog 文件，可以将数据恢复到过去的某一时刻。

redo log

前面我们说的 binlog 是 MySQL 自己提供的，在 MySQL 的 server 层，而 redo log 则不是 MySQL 提供的，是存储引擎 InnoDB 自己提供的。所以在 MySQL 中就存在两类日志 binlog 和 redo log，存在两类日志既有历史原因（InnoDB 最早不是 MySQL 官方存储引擎）也有技术原因，这个咱们以后再细聊。

我们都知道，事务的四大特性里面有一个是持久性，即只要事务提交成功，那么对数据库做的修改就被永久保存下来了，写到磁盘中了，怎么做到的呢？其实我们很容易想到是在每次事务提交的时候，将该事务涉及修改的数据页全部刷新到磁盘中，一旦写到磁盘中，就不怕数据丢失了。

但是要是每次都这么搞，数据库就不知道慢到哪里去了！因为 Innodb 是以页为单位进行磁盘交互的，而一个事务很可能只修改一个数据页里面的几个字节，这个时候将完整的数据页刷到磁盘的话，不仅效率低，也浪费资源。效率低是因为这些数据页在物理上并不连续，将数据页刷到磁盘会涉及到随机 IO。

有鉴于此，MySQL 设计了 redo log，在 redo log 中只记录事务对数据页做了哪些修改。那有人说，写 redo log 不就是磁盘 IO 吗？而写数据到磁盘也是磁盘 IO，既然都是磁盘 IO，那干嘛不把直接把数据写到磁盘呢？还费这事！

此言差矣。

写 redo log 跟写数据有一个很大的差异，那就是 redo log 是顺序 IO，而写数据涉及到随机 IO，写数据需要寻址，找到对应的位置，然后更新/添加/删除，而写 redo log 则是在一个固定的位置循环写入，是顺序 IO，所以速度要高于写数据。

redo log 本身又分为：

  • 日志缓冲（redo log buffer)，该部分日志是易失性的。
  • 重做日志(redo log file)，这是磁盘上的日志文件，该部分日志是持久的。

MySQL 每执行一条 DML 语句，先将记录写入 redo log buffer，后续在某个时间点再一次性将多个操作记录写到 redo log file，这种先写日志再写磁盘的技术就是 MySQL 里经常说到的 WAL(Write-Ahead Logging) 技术（预写日志）。

1.2 两阶段提交

在 MySQL 中，两阶段提交的主角就是 binlog 和 redolog，我们来看一个两阶段提交的流程图：

img

从上图中可以看出，在最后提交事务的时候，有 3 个步骤：

  1. 写入 redo log，处于 prepare 状态。
  2. 写 binlog。
  3. 修改 redo log 状态变为 commit。

由于 redo log 的提交分为 prepare 和 commit 两个阶段，所以称之为两阶段提交。

2. 为什么需要两阶段提交

如果没有两阶段提交，那么 binlog 和 redolog 的提交，无非就是两种形式：

  1. 先写 binlog 再写 redolog。
  2. 先写 redolog 再写 binlog。

这两种情况我们分别来看。

假设我们要向表中插入一条记录 R，如果是先写 binlog 再写 redolog，那么假设 binlog 写完后崩溃了，此时 redolog 还没写。那么重启恢复的时候就会出问题：binlog 中已经有 R 的记录了，当从机从主机同步数据的时候或者我们使用 binlog 恢复数据的时候，就会同步到 R 这条记录；但是 redolog 中没有关于 R 的记录，所以崩溃恢复之后，插入 R 记录的这个事务是无效的，即数据库中没有该行记录，这就造成了数据不一致。

相反，假设我们要向表中插入一条记录 R，如果是先写 redolog 再写 binlog，那么假设 redolog 写完后崩溃了，此时 binlog 还没写。那么重启恢复的时候也会出问题：redolog 中已经有 R 的记录了，所以崩溃恢复之后，插入 R 记录的这个事务是有效的，通过该记录将数据恢复到数据库中；但是 binlog 中还没有关于 R 的记录，所以当从机从主机同步数据的时候或者我们使用 binlog 恢复数据的时候，就不会同步到 R 这条记录，这就造成了数据不一致。

那么按照前面说的两阶段提交就能解决问题吗？

我们来看如下三种情况：

情况一：一阶段提交之后崩溃了，即写入 redo log，处于 prepare 状态 的时候崩溃了，此时：

由于 binlog 还没写，redo log 处于 prepare 状态还没提交，所以崩溃恢复的时候，这个事务会回滚，此时 binlog 还没写，所以也不会传到备库。

情况二：假设写完 binlog 之后崩溃了，此时：

redolog 中的日志是不完整的，处于 prepare 状态，还没有提交，那么恢复的时候，首先检查 binlog 中的事务是否存在并且完整，如果存在且完整，则直接提交事务，如果不存在或者不完整，则回滚事务。

情况三：假设 redolog 处于 commit 状态的时候崩溃了，那么重启后的处理方案同情况二。

由此可见，两阶段提交能够确保数据的一致性。

一条SQL更新语句执行流程 让我们通过一条语句看一下binlog、redo log、updo log是如何联动的。更新语句真正的执行流程要比下面列的复杂的多，只说核心流程，方便理解。《MySQL45讲》中对于这部分讲解缺乏一些细节，这里也做了补充。

2.1流程 执行器先找引擎取 ID=2 这一行。ID 是主键，引擎直接用树搜索找到这一行。如果ID=2 这一行所在的数据页本来就在内存中，就直接返回给执行器；否则，需要先从磁盘读入内存，然后再返回。

执行器拿到引擎给的行数据，把这个值加上 1，比如原来是 N，现在就是 N+1，得到新的一行数据，再调用引擎接口写入这行新数据。

引擎

将这行新数据更新到内存中

先将更新记录到undo log里，记录状态为prepare

然后将这个更新操作记录到 redo log 里面，此时redo log 处于 prepare 状态

然后告知执行器执行完成了，随时可以提交事务

执行器生成这个操作的 binlog，并把 binlog 写入磁盘

执行器调用引擎的提交事务接口

引擎将undo log改为完成状态

引擎把刚刚写入的 redo log 改成提交（commit）状态，更新完成。