浅谈 MySQL 的 Undo log 日志

最新推荐文章于 2025-03-30 01:23:14 发布

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#数据库 #java #算法 #程序人生 #后端

文章详细介绍了InnoDB存储引擎中UndoLog的存储结构，包括FIL_PAGE_UNDO_LOG页的组成部分，如FileHeader、TRX_UNDO_PAGE_TYPE等。同时，文章阐述了不同类型的操作（INSERT、DELETE、UPDATE）对应的UndoLog记录格式，以及版本链的概念，它是实现不同事务隔离级别的重要机制。

undo log 存储在类型为 FIL_PAGE_UNDO_LOG 页中。可以从系统表空间中分配空间，也可以从 undo tablespace 中分配空间。 FIL_PAGE_UNDO_LOG 类型页主要分为四部分：

File Header，所有页都有的结构
Undo Page Header
- TRX_UNDO_PAGE_TYPE，存储什么类型的 undo log，分类后面会介绍。不同类型的 undo log 不能存储在同一个页中。 TRX_UNDO_INSERT_REC 类型的放一个页面中，其他类型的放一个页面中。
- TRX_UNDO_PAGE_START，本页中 undo log 开始的偏移量。
- TRX_UNDO_PAGE_FREE，本页中，空闲位置开始的偏移量，与最后一条 undo log 的末尾偏移量一样。
- TRX_UNDO_PAGE_NODE，12 字节，包括4部分内容
  - Pre Node Page Number 和 Pre Node Offset 组成了指向前一个 FIL_PAGE_UNDO_LOG 页的指针；
  - Next Node Page Number 和 Next Node Offset 组成了指向后一个 FIL_PAGE_UNDO_LOG 页的指针；
用于存放 undo log 日志记录的空间
File Trailer，所有页都有的结构

01-`INSERT` 对应的 undo log 记录格式

插入区分乐观插入、悲观插入，

乐观插入，指要插入页的空间充足，足以容纳新插入的记录。
悲观插入，指要插入页的空间不足，需要页分裂。

不管如何，是将一条记录插入。它对应的回滚操作，就是删除这条插入的记录，TRX_UNDO_INSERT_REC：

end of record
undo type，TRX_UNDO_INSERT_REC，说明为 INSERT 语句的 undo log。
undo no，序列号。
table id，可以从 information_schema.INNODB_TABLES 中查询到。
主键各列信息，{<len, value>}。INSERT 相对应的回滚日志是删除插入的记录，所以这里要记录的信息需要包含如何定位到这条记录。
start of record

其中，start of record 和 end of record 是两个指针，指向了 undo log 记录开始、结束的位置。

02-`DELETE` 对应的 undo log 记录格式

在介绍记录和页时有提到，数据页中所有的记录通过 next_record 串联起来，形成一个链表。所有的被标记为删除（即 delete_mask 为1）的记录也会通过 next_record 串联起来，形成垃圾链表。数据页的 Page Header 中有一个 PAGE_FREE 属性，指向垃圾链表的头部。

首先，我们要先搞明白 DELETE 语句的执行过程。删除分为两个阶段：

在聚簇索引上根据 id 找到对应的记录，将其 delete_mask 置为1（同时也会修改隐藏列 DB_TRX_ID 和 DB_ROLL_PTR）。此阶段也被称为 delete mark 阶段。
当执行删除语句的事务提交后，有专门的线程（）将 delete_mask 标记为1的记录从正常记录中移除，加入到垃圾链表中（头插）。同时需要修改一些页面的其他信息，比如页面中的用户记录数量 PAGE_N_RECS、上次插入记录的位置 PAGE_LAST_INSERT、垃圾链表头节点的指针 PAGE_FREE、页面中可重用的字节数量 PAGE_GARBAGE、还有页目录的一些信息等等。此阶段也被称之为 purge 阶段。

delete mask 阶段对应的 undo log 类型为 TRX_UNDO_DEL_MARK_REC：

end of record
undo type，TRX_UNDO_DEL_MARK_REC，说明为 delete mask 阶段的 undo log。
undo no，序列号。
table id
info bits
old trx_id
old roll_pointer，和 old trx_id 一块，记录了修改 delete_mask 前，记录上的值。
主键各列信息，{<len, value>}，主要为了定位记录。
index_col_info len，记录了当前、以及下部分内容占用的空间。
{<pos, len, value>}，保存了记录中的列（在某个索引中），其在索引中的位置、空间占用、实际值。这部分内容主要在 purge 阶段使用。
start of record

03-`UPDATE` 对应的 undo log 记录格式

UPDATE 语句的处理方式根据是否更新主键分为两种不同的方案：

不更新主键。根据是否改变记录的大小，又可以进一步分为：
- 就地更新，记录大小不发生变化。对记录中的每个列来说，其大小都不发生改变。
- 先删除，再插入。对记录中的每一列来说，任一列的大小发生了变化。执行的操作是，先删除、再插入。删除是彻底删除，并不是 DELETE 中分两阶段的删除。与 purge 阶段不同的事，并非是某个特定线程去删除，而是由用户线程同步删除。
针对不更新主键的情况，undo log 类型为 TRX_UNDO_UPD_EXIST_REC（省略了 end of record 之类的共有的信息）：
- old trx_id
- old roll_pointer
- 主键各列信息，{<len, value>}，主要为了定位记录。
- n_updated，记录了共有多个列被更新了。
- {<pos, old_len, old_value>} 记录了被更新的列的旧值
- index_col_info len，记录了当前、以及下部分内容占用的空间。
- {<pos, len, value>}，保存了记录中的列（在某个索引中），其在索引中的位置、空间占用、实际值。
更新主键。分为两步处理：
1. 对旧记录进行 delete_mask 阶段的操作。
2. 插入新的记录。
所以，这种情况会产生两条 undo log 记录。