MySQL45讲
实践篇
23 | MySQL是怎么保证数据不丢的？
binlog 的写入机制
binlog 的写入逻辑
事务执行过程中，先把日志写到 binlog cache，事务提交的时候，再把 binlog cache 写到 binlog 文件中。
一个事务的 binlog 是不能被拆开的，因此不论这个事务多大，也要确保一次性写入。
系统给 binlog cache 分配了一片内存，每个线程一个，参数 binlog_cache_size 用于控制单个线程内 binlog cache 所占内存的大小。如果超过了这个参数规定的大小，就要暂存到磁盘（写到文件系统的page cache中）。
事务提交的时候，执行器把 binlog cache 里的完整事务写入到 binlog 中，并清空 binlog cache。
每个线程有自己 binlog cache，但是共用同一份 binlog 文件。
- 图中的 write，指的就是指把日志写入到文件系统的 page cache，并没有把数据持久化到磁盘，所以速度比较快。
- 图中的 fsync，才是将数据持久化到磁盘的操作。一般情况下，我们认为 fsync 才占磁盘的 IOPS。
write 和 fsync 的时机，由参数 sync_binlog 控制：
- sync_binlog=0 的时候，表示每次提交事务都只 write，不 fsync；
- sync_binlog=1 的时候，表示每次提交事务都会执行 fsync；
- sync_binlog=N(N>1) 的时候，表示每次提交事务都 write，但累积 N 个事务后才 fsync。
因此，在出现 IO 瓶颈的场景里，将 sync_binlog 设置成一个比较大的值，可以提升性能。在实际的业务场景中，考虑到丢失日志量的可控性，一般不建议将这个参数设成 0，比较常见的是将其设置为 100~1000 中的某个数值。
但是，将 sync_binlog 设置为 N，对应的风险是：如果主机发生异常重启，会丢失最近 N 个事务的 binlog 日志。
redo log 的写入机制
redo log 可能存在的三种状态：
- 存在 redo log buffer 中，物理上是在 MySQL 进程内存中，就是图中的红色部分；
- 写到磁盘 (write)，但是没有持久化（fsync)，物理上是在文件系统的 page cache 里面，也就是图中的黄色部分；
- 持久化到磁盘，对应的是 hard disk，也就是图中的绿色部分。
为了控制 redo log 的写入策略，InnoDB 提供了 innodb_flush_log_at_trx_commit 参数，它有三种可能取值：
- 设置为 0 的时候，表示每次事务提交时都只是把 redo log 留在 redo log buffer 中 ;
- 设置为 1 的时候，表示每次事务提交时都将 redo log 直接持久化到磁盘；
- 设置为 2 的时候，表示每次事务提交时都只是把 redo log 写到 page cache。
InnoDB 有一个后台线程，每隔 1 秒，就会把 redo log buffer 中的日志，调用 write 写到文件系统的 page cache，然后调用 fsync 持久化到磁盘。
注意，事务执行中间过程的 redo log 也是直接写在 redo log buffer 中，这些 redo log 也会被后台线程一起持久化到磁盘。也就是说，一个没有提交的事务的 redo log，也可能已经持久化到磁盘。
除了后台线程每秒一次的轮询操作外，还有两种场景会让一个没有提交的事务的 redo log 写入到磁盘中：
-
redo log buffer 占用的空间即将达到 innodb_log_buffer_size 一半的时候，后台线程会主动写盘。
注意，由于这个事务并没有提交，所以这个写盘动作只是 write，而没有调用 fsync，也就是只留在了文件系统的 page cache。 -
并行的事务提交的时候，顺带将这个事务的 redo log buffer 持久化到磁盘。
假设一个事务 A 执行到一半，已经写了一些 redo log 到 buffer 中，这时候有另外一个线程的事务 B 提交，如果 innodb_flush_log_at_trx_commit 设置的是 1，那么按照这个参数的逻辑，事务 B 要把 redo log buffer 里的日志全部持久化到磁盘。这时候，就会带上事务 A 在 redo log buffer 里的日志一起持久化到磁盘。
如果把 innodb_flush_log_at_trx_commit 设置成 1，那么 redo log 在 prepare 阶段就要持久化一次，因为有一个崩溃恢复逻辑是要依赖于 prepare 的 redo log 和 binlog。
每秒一次后台轮询刷盘，再加上崩溃恢复这个逻辑，InnoDB 认为 redo log 在 commit 的时候不需要 fsync，只会 write 到文件系统的 page cache 中。
通常说的 MySQL 的 “双 1”配置，指的就是 sync_binlog 和 innodb_flush_log_at_trx_commit 都设置成 1。也就是说，一个事务完整提交前，需要等待两次刷盘，一次是 redo log（prepare 阶段），一次是 binlog。
组提交（group commit）机制
日志逻辑序列号（log sequence number，LSN）
LSN 单调递增，对应 redo log 的一个个写入点。每次写入长度为 length 的 redo log， LSN 的值就会加上 length。
LSN 也会写到 InnoDB 的数据页中，来确保数据页不会被多次执行重复的 redo log。
如图所示，三个并发事务 (trx1, trx2, trx3) 在 prepare 阶段写完 redo log buffer 持久化到磁盘的过程，对应的 LSN 分别是 50、120 和 160。
- trx1 是第一个到达的，会被选为这组的 leader（将tx2和tx3的部分也一起提交）；
- 等 trx1 要开始写盘的时候，这个组里面已经有了三个事务，这时候 LSN 也变成了 160；
- trx1 去写盘的时候，带的就是 LSN=160，因此等 trx1 返回时，所有 LSN 小于等于 160 的 redo
log，都已经被持久化到磁盘；这时候 trx2 和 trx3 就可以直接返回了。
所以，一次组提交里面，组员越多，节约磁盘 IOPS 的效果越好。但如果只有单线程压测，那就只能老老实实地一个事务对应一次持久化操作了。
在并发更新场景下，第一个事务写完 redo log buffer 以后，接下来这个 fsync 越晚调用，组员可能越多，节约 IOPS 的效果就越好。
为了让一次 fsync 带的组员更多，MySQL 的优化：拖时间。
MySQL 为了让组提交的效果更好，把 redo log 做 fsync 的时间拖到了步骤 1 之后。
通常情况下第 3 步执行得会很快，所以 binlog 的 write 和 fsync 间的间隔时间短，导致能集合到一起持久化的 binlog 比较少，因此 binlog 的组提交的效果通常不如 redo log 的效果那么好。
通过设置 binlog_group_commit_sync_delay 和 binlog_group_commit_sync_no_delay_count 提升 binlog 组提交的效果。
- binlog_group_commit_sync_delay 参数，表示延迟多少微秒后才调用fsync;
- binlog_group_commit_sync_no_delay_count 参数，表示累积多少次以后才调用 fsync。
当 binlog_group_commit_sync_delay 设置为 0，binlog_group_commit_sync_no_delay_count 失效。
如果 MySQL 出现性能瓶颈，而且瓶颈在 IO 上，可以通过哪些方法来提升性能？**
- 设置 binlog_group_commit_sync_delay 和 binlog_group_commit_sync_no_delay_count 参数，减少 binlog 的写盘次数。这个方法是基于“额外的故意等待”来实现的，因此可能会增加语句的响应时间，但没有丢失数据的风险。
- 将 sync_binlog 设置为大于 1 的值（比较常见是 100~1000）。这样做的风险是，主机掉电时会丢 binlog 日志。
- 将 innodb_flush_log_at_trx_commit 设置为 2。这样做的风险是，主机掉电的时候会丢数据。