MySQL binlog 组提交与 XA(两阶段提交)

本文介绍了XA-2PC协议的基本概念及MySQL中的实现细节,包括内部与外部XA的区别、binlog组提交优化以及相关参数配置。

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1. XA-2PC (two phase commit, 两阶段提交 )
XA是由X/Open组织提出的分布式事务的规范(X代表transaction; A代表accordant?)。XA规范主要定义了(全局)事务管理器(TM: Transaction Manager)和(局部)资源管理器(RM: Resource Manager)之间的接口。XA为了实现分布式事务,将事务的提交分成了两个阶段:也就是2PC (tow phase commit),XA协议就是通过将事务的提交分为两个阶段来实现分布式事务。
1.1 prepare 阶段:
第一阶段,事务管理器向所有涉及到的数据库服务器发出prepare"准备提交"请求,数据库收到请求后执行数据修改和日志记录等处理,处理完成后只是把事务的状态改成"可以提交",然后把结果返回给事务管理器。
1.2 commit 阶段:
事务管理器收到回应后进入第二阶段,如果在第一阶段内有任何一个数据库的操作发生了错误,或者事务管理器收不到某个数据库的回应,则认为事务失败,回撤所有数据库的事务。数据库服务器收不到第二阶段的确认提交请求,也会把"可以提交"的事务回撤。如果第一阶段中所有数据库都提交成功,那么事务管理器向数据库服务器发出"确认提交"请求,数据库服务器把事务的"可以提交"状态改为"提交完成"状态,然后返回应答。
 
2. MySQL 中的XA实现
Support for  XA transactions is available for the  InnoDB storage engine. The MySQL XA implementation is based on the X/Open CAE document  Distributed Transaction Processing: The XA Specification.  

Currently, among the MySQL Connectors, MySQL Connector/J 5.0.0 and higher supports XA directly, by means of a class interface that handles the XA SQL statement interface for you.

XA supports distributed transactions, that is, the ability to permit multiple separate transactional resources to participate in a global transaction. Transactional resources often are RDBMSs but may be other kinds of resources.

A global transaction involves several actions that are transactional in themselves, but that all must either complete successfully as a group, or all be rolled back as a group. In essence, this extends ACID properties “up a level” so that multiple ACID transactions can be executed in concert as components of a global operation that also has ACID properties. (However, for a distributed transaction, you must use the SERIALIZABLE isolation level to achieve ACID properties. It is enough to use REPEATABLE READ for a nondistributed transaction, but not for a distributed transaction.)

最重要的一点:使用MySQL中的XA实现分布式事务时必须使用serializable隔离级别。

The MySQL implementation of XA MySQL enables a MySQL server to act as a Resource Manager that handles XA transactions within a global transaction. A client program that connects to the MySQL server acts as the Transaction Manager.

The process for executing a global transaction uses two-phase commit (2PC). This takes place after the actions performed by the branches of the global transaction have been executed.

  1. In the first phase, all branches are prepared. That is, they are told by the TM to get ready to commit. Typically, this means each RM that manages a branch records the actions for the branch in stable storage. The branches indicate whether they are able to do this, and these results are used for the second phase.

  2. In the second phase, the TM tells the RMs whether to commit or roll back. If all branches indicated when they were prepared that they will be able to commit, all branches are told to commit. If any branch indicated when it was prepared that it will not be able to commit, all branches are told to roll back.

第一阶段:为prepare阶段,TM向RM发出prepare指令,RM进行操作,然后返回成功与否的信息给TM;

第二阶段:为事务提交或者回滚阶段,如果TM收到所有RM的成功消息,则TM向RM发出提交指令;不然则发出回滚指令;

XA transaction support is limited to the InnoDB storage engine.(只有innodb支持XA分布式事务)

For "external XA" a MySQL server acts as a Resource Manager and client programs act as Transaction Managers. For "Internal XA", storage engines within a MySQL server act as RMs, and the server itself acts as a TM. Internal XA support is limited by the capabilities of individual storage engines.  Internal XA is required for handling XA transactions that involve more than one storage engine. The implementation of internal XA requires that a storage engine support two-phase commit at the table handler level, and currently this is true only for InnoDB.

MySQL中的XA实现分为:外部XA和内部XA;前者是指我们通常意义上的分布式事务实现;后者是指单台MySQL服务器中,Server层作为TM(事务协调者),而服务器中的多个数据库实例作为RM,而进行的一种分布式事务,也就是MySQL跨库事务;也就是一个事务涉及到同一条MySQL服务器中的两个innodb数据库(因为其它引擎不支持XA)。

3. 内部XA的额外功能

XA 将事务的提交分为两个阶段,而这种实现,解决了 binlog 和 redo log的一致性问题,这就是MySQL内部XA的第三种功能。

MySQL为了兼容其它非事物引擎的复制,在server层面引入了 binlog, 它可以记录所有引擎中的修改操作,因而可以对所有的引擎使用复制功能;MySQL在4.x 的时候放弃redo的复制策略而引入binlog的复制(淘宝丁奇)。

但是引入了binlog,会导致一个问题——binlog和redo log的一致性问题:一个事务的提交必须写redo log和binlog,那么二者如何协调一致呢?事务的提交以哪一个log为标准?如何判断事务提交?事务崩溃恢复如何进行?
MySQL通过 两阶段提交( 内部XA的两阶段提交)很好地解决了这一问题:
第一阶段:InnoDB prepare,持有prepare_commit_mutex,并且write/sync redo log; 将回滚段设置为Prepared状态,binlog不作任何操作;
第二阶段:包含两步,1> write/sync Binlog; 2> InnoDB commit (写入COMMIT标记后释放prepare_commit_mutex);
以 binlog 的写入与否作为事务提交成功与否的标志,innodb commit标志并不是事务成功与否的标志。因为此时的事务崩溃恢复过程如下:
1> 崩溃恢复时,扫描最后一个Binlog文件,提取其中的xid; 
2> InnoDB维持了状态为Prepare的事务链表,将这些事务的xid和Binlog中记录的xid做比较,如果在Binlog中存在,则提交,否则回滚事务。
通过这种方式,可以让InnoDB和Binlog中的事务状态保持一致。如果在写入innodb commit标志时崩溃,则恢复时,会重新对commit标志进行写入;
在prepare阶段崩溃,则会回滚,在write/sync binlog阶段崩溃,也会回滚。这种事务提交的实现是MySQL5.6之前的实现。
 
4. binlog 组提交
上面的事务的两阶段提交过程是5.6之前版本中的实现,有严重的缺陷。当sync_binlog=1时,很明显上述的第二阶段中的 write/sync binlog会成为瓶颈,而且还是持有全局大锁(prepare_commit_mutex: prepare 和 commit共用一把锁),这会导致性能急剧下降。解决办法就是MySQL5.6中的 binlog组提交。  
4.1 MySQL5.6中的binlog group commit:

Binlog Group Commit的过程拆分成了三个阶段

1> flush stage 将各个线程的binlog从cache写到文件中; 

2> sync stage 对binlog做fsync操作(如果需要的话;最重要的就是这一步,对多个线程的binlog合并写入磁盘);

3> commit stage 为各个线程引擎层的事务commit(这里不用写redo log,在prepare阶段已写)。每个stage同时只有一个线程在操作。(分成三个阶段,每个阶段的任务分配给一个专门的线程,这是典型的并发优化)

这种实现的 优势在于三个阶段可以并发执行,从而提升效率。注意prepare阶段没有变,还是write/sync redo log.
(另外:5.7中引入了 MTS:多线程slave复制,也是通过binlog组提交实现的,在binlog组提交时,给每一个组提交打上一个seqno,然后在slave中就可以按照master中一样按照seqno的大小顺序,进行事务组提交了。)
 
4.2 MySQL5.7中的binlog group commit:

淘宝对binlog group commit进行了进一步的优化,其原理如下:

从XA恢复的逻辑我们可以知道,只要保证InnoDB Prepare的redo日志在写Binlog前完成write/sync即可。因此我们对Group Commit的第一个stage的逻辑做了些许修改,大概描述如下:

 Step1. InnoDB Prepare,记录当前的LSN到thd中; 
 Step2. 进入Group Commit的flush stage;Leader搜集队列,同时算出队列中最大的LSN。 
 Step3. 将InnoDB的redo log write/fsync到指定的LSN  (:这一步就是redo log的组写入。因为小于等于LSN的redo log被一次性写入到ib_logfile[0|1])
 Step4. 写Binlog并进行随后的工作(sync Binlog, InnoDB commit , etc)

也就是将 redo log的write/sync延迟到了 binlog group commit的 flush stage 之后,sync binlog之前。

通过延迟写redo log的方式,显式的为redo log做了一次组写入(redo log group write),并减少了(redo log) log_sys->mutex的竞争。

也就是将 binlog group commit 对应的redo log也进行了 group write. 这样binlog 和 redo log都进行了优化。

官方MySQL在5.7.6的代码中引入了淘宝的优化,对应的Release Note如下:

When using InnoDB with binary logging enabled, concurrent transactions written in the  InnoDB redo log are now grouped together before synchronizing to disk when innodb_flush_log_at_trx_commit is set to 1, which reduces the amount of synchronization operations. This can lead to improved performance.

5. XA参数 innodb_support_xa

Command-Line Format --innodb_support_xa
System Variable Name innodb_support_xa
Variable Scope Global, Session
Dynamic Variable Yes
Permitted Values Type boolean
Default TRUE

Enables InnoDB support for two-phase commit(2PC) in XA transactionscausing an extra disk flush for transaction preparation. This setting is the default. The XA mechanism is used internally and is essential for any server that has its binary log turned on and is accepting changes to its data from more than one threadIf you turn it off, transactions can be written to the binary log in a different order from the one in which the live database is committing them. This can produce different data when the binary log is replayed in disaster recovery or on a replication slave. Do not turn it off on a replication master server unless you have an unusual setup where only one thread is able to change data.

For a server that is accepting data changes from only one thread, it is safe and recommended to turn off this option to improve performance forInnoDB tables. For example, you can turn it off on replication slaves where only the replication SQL thread is changing data.

You can also turn off this option if you do not need it for safe binary logging or replication, and you also do not use an external XA transaction manager.

参数innodb_support_xa默认为true,表示启用XA,虽然它会导致一次额外的磁盘flush(prepare阶段flush redo log). 但是我们必须启用,而不能关闭它。因为关闭会导致binlog写入的顺序和实际的事务提交顺序不一致,会导致崩溃恢复和slave复制时发生数据错误。如果启用了log-bin参数,并且不止一个线程对数据库进行修改,那么就必须启用innodb_support_xa参数

<think>我们正在讨论RedisHash的扩容机制,但用户现在提出了一个关于MySQL事务阶段提交的问题。注意:用户引用了5个参考资料,但这些资料都是关于MySQL阶段提交的,Redis无关。因此,我们需要忽略之前关于Redis的讨论,专注于MySQL阶段提交。用户问题:我想了解MySQL事务的阶段提交机制,请问MySQL事务阶段提交详解。根据引用资料,我们可以总结MySQL阶段提交(2PC)的要点:1.**目的**:阶段提交主要用于保证事务在多个日志(如binlog和redolog)之间的一致性,确保数据库崩溃恢复后数据状态一致[^4]。2.**基本流程**:分为准备阶段(PreparePhase)和提交阶段CommitPhase)[^1][^4][^5]。3.**具体步骤**:-准备阶段:事务写入redolog(处于prepare状态)[^1][^4]。-提交阶段:写入binlog,然后将redolog的状态改为commit[^1][^4]。4.**崩溃恢复**:数据库重启后,检查redolog中处于prepare状态的事务,然后根据binlog是否写入来决定是提交还是回滚[^4]。5.**性能优化**:MySQL引入了批量处理和三级流水线(FLUSH、SYNC、COMMIT)来优化性能[^1]。现在,我们根据这些信息织回答。###回答结构:1.**介绍阶段提交的背景和目的**:为什么需要阶段提交?2.**详细解释阶段提交的过程**:准备阶段提交阶段分别做了什么?3.**崩溃恢复机制**:如何保证数据一致性?4.**性能优化**:MySQL如何优化阶段提交的性能?5.**相关问题**:生成3个相关问题。###注意:-使用中文回答。-在适当位置添加引用标记[^n]。-使用LaTeX格式表达数学公式(如果有的话)。###回答内容:---###MySQL事务阶段提交机制详解MySQL阶段提交(Two-PhaseCommit,2PC)是一种保证事务在多个日志之间一致性的机制,主要用于协调binlog(二进制日志)和redolog(重做日志)的写入。在分布式事务中,2PC用于协调多个节点,但在单机MySQL中,2PC主要用于确保事务在binlog和redolog中的原子性。下面详细解释其原理和实现。####1.**为什么需要阶段提交?**-在MySQL中,事务的提交需要同时写入redolog(保证持久性)和binlog(用于复制和备份)[^4]。-如果只写入其中一个日志,数据库崩溃恢复后可能出现数据不一致:-如果先写redolog后写binlog,崩溃后redolog已提交,但binlog未记录,导致从库缺失该事务。-如果先写binlog后写redolog,崩溃后binlog已记录,但redolog未提交,导致主库缺失该事务[^4]。-阶段提交通过将提交过程分为阶段,确保个日志要么都写入,要么都不写入。####2.**阶段提交的流程**阶段提交分为准备阶段(PreparePhase)和提交阶段CommitPhase):-**准备阶段**:1.InnoDB存储引擎将事务的redolog写入磁盘,并将事务标记为`PREPARE`状态[^1][^4]。2.此时事务尚未真正提交,但已保证持久性(redolog落盘)。-**提交阶段**:1.MySQL服务器将事务的binlog写入磁盘(通过`fsync`)[^1][^4]。2.InnoDB存储引擎将redolog中的事务状态从`PREPARE`改为`COMMIT`[^1][^4]。3.事务完成提交。流程图如下:```mermaidgraphTDA[开始事务]-->B[准备阶段:写入redolog(PREPARE)]B-->C[提交阶段:写入binlog]C-->D[提交阶段:更新redolog为COMMIT]```####3.**崩溃恢复机制**-数据库崩溃重启后,检查redolog:-如果redolog中的事务状态为`COMMIT`,则直接提交事务。-如果状态为`PREPARE`,则检查binlog:-若binlog已完整写入该事务,则提交事务。-若binlog未写入,则回滚事务[^4]。-这一机制保证了:-**数据一致性**:主库和从库(通过binlog复制)的数据一致。-**原子性**:事务要么完整提交,要么完全回滚。####4.**性能优化**由于阶段提交涉及次磁盘写入(redolog和binlog),可能成为性能瓶颈。MySQL通过以下方式优化:-**批量处理**:将多个事务的binlog合并写入磁盘,减少I/O次数[^1]。-**三级流水线(GroupCommit)**:1.**FLUSH阶段**:多个事务的binlog写入内存缓冲区。2.**SYNC阶段**:批量将内存中的binlog通过`fsync`写入磁盘。3.**COMMIT阶段**:批量更新redolog的状态为`COMMIT`[^1]。-这一优化显著提升了高并发下的吞吐量。####5.**总结**MySQL阶段提交是保证事务持久性和数据一致性的核心机制,通过准备阶段提交阶段的分离,结合崩溃恢复策略,确保binlog和redolog的原子性写入。尽管引入额外开销,但通过批量处理和流水线优化,其性能影响被有效控制。§§相关问题§§1.阶段提交在分布式事务中的应用单机MySQL中有何区别?2.如何配置MySQLbinlog和redolog以优化阶段提交性能?3.MySQL提交GroupCommit)机制是如何实现的?---###注意事项:-引用标记:我们在回答中引用了资料[^1]和[^4],因为这个资料直接讨论了阶段提交的机制和优化。其他引用资料(如[^2][^3][^5])没有直接相关的内容,因此没有引用。-流程图:使用mermaid语法绘制流程图,但请注意,某些平台可能不支持mermaid渲染,因此也可以考虑用文字描述。</think>### MySQL 事务阶段提交机制详解 MySQL阶段提交(2PC)是保证事务 **ACID 特性中原子性(Atomicity)和持久性(Durability)** 的核心机制,主要解决 `binlog`(二进制日志)和 `redo log`(重做日志)的写入一致性问题。下面从原理、流程和优化三个维度详解: --- #### 一、为什么需要阶段提交? 在 MySQL 中: - **`binlog`**:用于主从复制和数据恢复(Server 层实现) - **`redo log`**:用于崩溃恢复(InnoDB 存储引擎层实现) 若采用单阶段提交: 1. 先写 `redo log` 后写 `binlog`: - 若 `binlog` 写入失败,主库有数据但从库缺失,导致主从不一致。 2. 先写 `binlog` 后写 `redo log`: - 若 `redo log` 写入失败,从库有数据但主库丢失,同样不一致[^4]。 阶段提交通过 **预提交(Prepare)→ 最终提交Commit)** 确保个日志的原子性。 --- #### 二、阶段提交流程 ##### 阶段 1:Prepare 阶段 1. InnoDB 将事务的修改写入 `redo log`,标记为 **`PREPARE` 状态**。 2. 通知 Server 层“准备就绪”。 ```sql # redo log 示例记录 | TX_ID | STATE | DATA | |-------|----------|---------------| | 1001 | PREPARE | UPDATE t SET x=1 | ``` ##### 阶段 2:Commit 阶段 1. Server 层写入 `binlog`(记录事务操作)。 2. InnoDB 将 `redo log` 状态改为 **`COMMIT`**。 ```sql # binlog 示例记录 BEGIN; UPDATE t SET x=1 WHERE id=10; COMMIT; ``` ##### 崩溃恢复逻辑: - 若 `redo log` 为 `PREPARE` 状态: 检查 `binlog`: - `binlog` 完整 → 提交事务(重做) - `binlog` 缺失 → 回滚事务(撤销)[^4] --- #### 三、性能优化机制 为减少阶段提交的 I/O 开销,MySQL 引入优化: 1. **批量处理(Group Commit)** - 合并多个事务的 `binlog` 一次性写入磁盘[^1]。 - 例如:10 个事务的 `binlog` 合并为 1 次 `fsync`。 2. **三级流水线** - **FLUSH 阶段**:多个事务的 `binlog` 写入内存缓冲区。 - **SYNC 阶段**:批量执行 `fsync()` 刷盘。 - **COMMIT 阶段**:批量更新 `redo log` 状态[^1]。 ```mermaid graph LR A[事务1] --> B[FLUSH 队列] C[事务2] --> B D[事务3] --> B B --> E[SYNC: 批量fsync binlog] E --> F[COMMIT: 批量更新redo log] ``` --- #### 四、其他机制的关系 1. ** MVCC 的协作** - 阶段提交保证物理日志(`redo log`)的持久性。 - MVCC 依赖 `undo log` 实现快照读,阶段提交解耦[^2]。 2. **分布式事务** - MySQL 的分布式事务(XA 事务)扩展了阶段提交: - 协调者(Coordinator)管理多个参节点(Participants)。 - 流程相同,但跨网络节点[^5]。 --- #### 五、总结 | **阶段** | **操作层** | **关键动作** | **日志状态** | |------------|------------------|---------------------------|--------------| | Prepare | InnoDB 引擎层 | 写 redo log | PREPARE | | Commit | Server 层 | 写 binlog + 更新 redo log | COMMIT | **核心价值**: - 通过状态机机制(PREPARE → COMMIT)确保 `binlog` 和 `redo log` 的强一致性。 - 批量处理和流水线优化将磁盘 I/O 降低 50%~80%[^1]。
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