一、事物的实现

事务隔离性由锁来实现，原子性、一致性、持久性通过数据库的redo log和undo log来完成。redo log称为重做日志，用来保证事务的原子性和持久性。undo log用来保证事务的一致性。
redo log和undo log都可以视为一种恢复操作，redo log恢复提交事务修改的页操作，而undo log回滚行记录到某个特定版本。因此两者记录的内容是不同的，redo通常是物理日志，记录的是页的物理修改操作。undo是逻辑日志，根据每行记录进行记录。

二、redo log

重做日志用来实现事务的持久性，其由两部分组成：一是内存中的重做日志缓冲（redo log buffer），其是易失的；二是重做日志文件（redo log file），其是持久的。
innodb的事务的存储引擎，其通过force log at commit机制实现事务的持久性，当事务提交commit时，必须先讲该事务的所有日志写入到重做日志文件进行持久化，待事务的commit操作完成才算完成。redo log基本上都是顺序写的，在数据库运行时不需要对redo log文件进行读取操作。

为什么要用redo日志

事务提交后，必须将事务对数据的修改刷(fsync)到磁盘上，才能保证事务的ACID特性
这个刷盘是一个随机写，随机写性能较低，如果每次事务提交都刷盘，会极大影响数据库的性能

随机写性能差的优化方案

先写日志，将随机写优化为顺序写
将每次写优化为批量写

redo日志的三层架构

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粉色 — 是innodb的内存结构，日志缓冲区（log buffer），这一层，是mysql应用程序的用户态
黄色 — 是操作系统的缓冲区，这层是OS内核态
蓝色 — 是落盘的日志文件

redo日志落盘的步骤

  • 事务提交时，会写入log buffer，这里调用的是mysql自己的函数writeRedoLog
  • 只有当mysql发起系统调用写文件write时，log buffer里的数据，才会写到OS cache，注意：mysql系统调用完write之后，就认为文件已经写完，至于什么时候落盘，时操作系统决定的。
  • 操作系统将OS cache里的数据，刷到磁盘上（mysql也可以主动去刷）

优缺点

  • 将每次写优化为批量写，提高性能
  • 可能会造成数据丢失，事务提交时，将redo log写入log buffer，认为事务提交成功，如果write OS cache之前或者时刷盘之前，系统崩溃则会造成数据丢失

    刷盘的三种策略

    image.png
    注意：mysql通过innodb_flush_log_at_trx_commit参数设置redo log的刷盘策略
    策略一：innodb_flush_log_at_trx_commit = 0 (性能最佳)
    每隔1秒，将log buffer中的数据批量写到OS Cache中，同时mysql主动刷盘，如果数据库崩溃，有一秒的数据丢失
    策略二：innodb_flush_log_at_trx_commit = 1 (强一致)
    每次事务提交，都将log buffer中的数据write入OS Cache中，同时mysql主动刷盘，将数据写入磁盘，这种策略是innodb默认的策略，为的是保证ACID特性。
    策略三：innodb_flush_log_at_trx_commit = 2
    每次事务提交，都将log buffer中的数据写入os cache中，每隔一秒，mysql做一次刷盘，如果操作系统崩溃，会有1s的数据丢失

问：高并发业务，行业最佳实践，是使用第三种折中配置（=2）
配置为2和配置为0，性能差异并不大，因为将数据从log buffer拷贝到os cache，虽然跨越用户态与内核态，但毕竟是内存数据拷贝，速度很快
配置为2和配置为0，安全性差异巨大，操作系统崩溃的概率相比mysql应用程序崩溃的概率，小的多，设置为2，只要操作系统不崩溃，数据就不会丢失。

2.1、check point技术

缓冲池技术是为了协调cpu速度与磁盘速度的巨大鸿沟，因为页的操作首先都是在内存中完成，当update或者delete改变了页中的记录，那么此时页就是脏页，所以数据库需要将新的页刷新到磁盘，若每次页发生变化，都刷盘，那么性能会很低，如果热点数据集中在几个页中，性能会变得非常差。若不刷新，系统宕机就会出现数据丢失的问题，所以数据库普遍采用write ahead log策略，即事务提交时，先写重做日志，在修改页。如果系统宕机，则通过重做日志完成数据的恢复。
checkpoint（检查点）技术的作用
缩短数据库恢复的时间（因为缓存池和重做日志不是无限大，需将缓存池数据尽快刷新至磁盘，已保证空间可用）
缓存池不够用时，将脏页刷新到磁盘
重做日志不可用时，刷新脏页至磁盘
checkponit触发时间及时机
shark checkponit：数据库关闭时将所有的脏页都刷新回磁盘。
innodb存储引擎需要保证LRU列表中需要由100多个空闲页可用。
重做日志不可用的时候需要强制刷新
脏页太多的时候需要强制刷新。

三、undo log

redo log记录了事务的行为，但是事务有时还需要进行回滚操作，这时就需要undo log，如果用户执行的事务或者语句由于某种原因失败了，又或者用户执行了一条rollback语句，就可以用undo信息将数据回滚到修改之前的样子。
undo log是逻辑日志，因此只是将数据库逻辑的恢复到原来的样子，所有的修改都被逻辑取消，为什么undo log是逻辑日志，而非物理日志，这是因为在多用户并发系统中，可能会有数十、数百甚至数千个并发事务，数据库的主要作用就是协调对数据记录的并发访问，例如：一个事务在修改当前一个页中某几条记录，同事还有别的事务在对同一个页中另几条记录进行修改。因此，不能将一个页回滚到事务开始的样子，因为这会影响其他事务正在进行的工作。
例如：用户执行了一个insert 10W语句，这时会分配一个新的段，即表空间会增大；用户执行rollback时，innodb引擎执行回滚，它实际做的是与之前相反的操作，对于每个insert，innodb会完成一个delete，对于delete，innodb会执行一个insert，对于update，innodb会执行一个相反的update。
undo log是回滚日志，是为了实现事务的原子性，记录了事务的操作行为；在mysql数据库innodb存储引擎中，除了回滚操作,undo的另一个作用是MVCC,即在 InnoDB存储引擎中MVCC的实现是通过undo来完成。当用户读取一行记录时,若该记录已经被其他事务占用,当前事务可以通过undo读取之前的行版本信息,以此实现非锁定读取。