一、概述

1.1 什么是事務？

事務是一組操作的集合，它是一個不可分割的工作單位，事務會把所有的操作作為一個整體一起向系統提交或撤銷操作請求，即這些操作：要么同時成功，要么同時失敗

1.2 事務的特性：ACID

• 原子性（Atomicity）：事務是不可分割的最小操作單元，要么全部成功，要么全部失敗
• 一致性（Consistency）：事務完成時候，必須使所有的數據都保持一直狀態
• 隔離性（Isolation）：數據庫系統提供的隔離機制，保證事務在不受外部并發操作影響的獨立環境下運行
• 持久性（Durability）：事務一旦提交或回滾，它對數據庫中的數據的改變就是永久的

1.3 事務四大特性的實現

原子性/一致性/持久性：通過Redo Log和Undo Log實現
隔離性：通過鎖+MVCC實現

二、Redo Log（重做日志）

Redo Log主要用來實現四大特性中的"持久性"

重做日志，記錄的是事務提交時數據頁的物理修改，該日志文件由兩部分組成：重做日志緩沖（redo log buffer）以及重做日志文件（redo log file），前者是在內存中，后者在磁盤中，當事務提交之后會把所有修改信息都存到該日志文件中，用于在刷新臟頁到磁盤，發生錯誤時，進行數據恢復使用

1. 客戶端發起UPDATE/DELETE請求到InnoDB存儲引擎 Buffer Pool緩沖池
2. 判斷緩沖池中是否存在數據，如果有，則直接進行修改，如果沒有，則通過后臺線程讀取磁盤中的數據文件到緩沖池
3. 在緩沖池直接進行SQL操作，這時候Buffer Pool中是更新好的數據，數據文件中是老的數據，我們稱Buffer Pool中的頁為臟頁
4. 將增刪改的數據現記錄到Redo Log Buffer中，里面記錄的是數據頁的物理變化
5. 事務提交時，將Redo Log Buffer中的變化刷新到磁盤當中，生成Redo Log日志文件
6. 過一定時間，進行臟頁刷新

2.1 Redo Log的實現

• 物理日志： Redo Log 是物理日志，記錄的是物理數據頁的更改，而不是 SQL 操作或邏輯操作。它記錄了數據庫物理塊的變更，比如某個數據頁上某條記錄的修改。
• WAL（Write-Ahead Logging）機制： InnoDB 采用 WAL 機制，即先寫日志，再寫磁盤。每次事務提交時，InnoDB 會將 Redo Log 先寫入磁盤，而后再慢慢將實際修改的數據寫入磁盤。
• 循環寫機制： Redo Log 采用固定大小的循環寫機制。當日志寫滿時，會從頭開始重新寫。因此，在系統運行時，InnoDB 會定期將日志應用到數據頁，并將臟頁（即被修改但還未寫入磁盤的數據頁）刷新到磁盤。

2.2 為什么要先把Redo Log刷新到磁盤當中？

分為兩種場景：
場景一：如果過一定時間在刷新臟頁，如果刷新失敗，則無法保證數據的持久性
場景二：如果每次寫入都直接刷新到磁盤，這樣存在嚴重的性能問題

如果直接刷新，涉及大量的隨機磁盤IO，性能比較低，如果用到Redo Log，不會直接刷新臟頁，Redo Log日志文件是追加寫入，順序磁盤IO

2.3 Redo Log的使用場景

• 崩潰恢復： 當數據庫崩潰后，通過重啟，MySQL 可以根據 Redo Log 恢復所有已提交的事務。這是 MySQL 保證事務持久性的關鍵機制。
• 提高性能： 因為 Redo Log 可以先于數據頁寫入磁盤，數據庫無需每次事務提交時都立即寫入數據頁，從而顯著提高了寫操作的性能。數據頁的寫入可以在稍后的時間由后臺線程異步完成。

三、Undo Log（回滾日志）

Undo Log主要用來實現四大特性中的"原子性"

回滾日志，用于記錄數據被修改前的信息，作用包含兩個：提供回滾和MVCC（多版本并發控制），undo log和redo log記錄物理日志不一樣，它是邏輯日志

undo log銷毀： undo log在事務執行時產生，事務提交時，并不會立即刪除undo log，因為這些日志可能還用于MVCC
undo log存儲： undo log采用段的方式進行管理和記錄，存存放在前面介紹的rollback segment回滾段中，內部包含1024個undo log segment

3.1 Undo Log的實現

• 邏輯日志： Undo Log是一種邏輯日志，記錄的是邏輯上的修改操作，它并不會直接記錄每次操作的物理存儲修改，而是記錄修改前的數據
• 鏈表結構： InnoDB存儲引擎會為每條記錄維護一條Undo Log記錄，并以鏈表的方式串聯起來，如果事務需要回滾，MySQL會沿著Undo Log鏈表進行逐條回滾，直至恢復到事務開始時的狀態
• Undo Log記錄類型：
  • 對于INSERT操作： Undo Log記錄的是“刪除”操作，因為如果事務回滾，需要撤銷插入的數據
  • 對與DELETE操作： Undo Log記錄的是“插入”操作，用來恢復被刪除的數據
  • 對于UPDATE操作： Undo Log記錄的是修改前的舊值，用來恢復原來的值

3.2 使用場景

• 事務回滾： 當事務執行失敗或用戶顯式要求回滾時，Undo Log 會將所有修改的數據恢復到事務開始前的狀態
• MVCC（多版本并發控制）： Undo Log 也用于實現 MVCC 機制，不同事務可能在不同時間看到不同版本的數據，這些版本的數據就是由 Undo Log 提供的。這樣，未提交的事務修改對其他事務是不可見的，幫助實現隔離性

四、Redo Log和Undo Log的區別