愛炫耀的數據庫老頭兒
1.數據庫老頭兒
我們這個世界很大， 生活著很多人，形形色色，各懷絕技。但是被公認為最拽的一個卻是數據庫老頭兒，年齡挺大，每天都要炫耀幾遍他那關系型數據庫， 那理論有著多么堅實的數學基礎，那關系運算是多么地優雅，事務管理是多么強大，還有他是多么地穩定， 要不怎么他怎么能活這么久等等。
老頭兒有他拽的資本，因為我們這個系統的核心數據都是在老頭兒那里存放著， 例如用戶了，訂單了，交易了...... 我向別人打聽過， 這些數據已經在老頭兒那里積累了20多年了， 最早的時候是Dephi, PowerBuider 這些上古的軟件寫的系統訪問， 后來慢慢轉到互聯網，先用PHP訪問， 再后來變為Java。
看來最寶貴的東西是數據， 外界系統可以變， 但是數據不能丟， 老頭兒守著這份財產，生生地熬死了一代人，估計還會再熬死一代人。
2.事務
這一天老頭兒又在那里一邊喝酒，一邊“吹噓” 他的事務管理，說些ACID之類我們都聽不懂的外國話， 和數據庫經常打交道的是年輕的小伙子Tomcat, 對于老頭兒，他比我們多了解那么一點點。
Tomcat端了一杯啤酒來到老頭兒桌前：“嗨，老頭兒，我知道你說的事務有個重要的特性：原子性，就是說在一個事務中不管有多少操作，都是要么全做，要么全不做，是這樣吧!”
“那是自然!”
“我很好奇，在執行的操作過程中，如果還沒做完系統就崩潰了，或者斷電了，你怎么辦啊? 你怎么保證原子性?”
聽到Tomcat問了一個關鍵的問題，酒館里的CPU阿甘， Ngnix, Spring, MyBatis 都圍了過來，都想聽聽老頭兒的高見 。
“如果我還沒做完，系統就崩潰了，那系統重啟以后我就得做恢復操作啊。”
“怎么恢復啊? ” Tomcat 窮追不舍。
“你舉個例子，我給你分析分析 ” 老頭環顧四周，看到人們都圍了上來，也來了一點興致 ， “光講理論，這些小朋友們怎么聽得懂?”
“好啊， 比如旺財有200塊錢， 小強有50 塊錢，現在旺財要給小強轉賬，假設轉100塊吧， 你說說，你是怎么實現要么不做，要么全做的。 ”
(1) 開始事務 T1 (假設T1是個事務的內部編號)
(2) 旺財余額 = 旺財余額 -100
(3) 小強余額 = 小強余額 + 100
(4) 提交事務 T1
CPU阿甘插了一嘴說： “雖然這些都是我在做計算，但是這些計算結果都是先存在內存中的， 內存那家伙一斷電啥都忘了， 如果第三步還沒執行完就斷電了， 那不就完蛋了。”
數據庫老頭兒說： “雖然數據先在內存中被計算出來， 但是我是要寫入硬盤的數據庫文件的，知道不? ”
“你的數據緩沖區是啥意思?” 人群里有人問道。
“老土! 連數據緩沖區都不知道! 我告訴你吧， 那個硬盤啊速度太慢了，比內存慢個幾萬倍，你說我能每次操作都去寫硬盤嗎? 絕對不可能，所以CPU阿甘計算出的數據我會放到數據緩沖區里， 我會在合適的時候把數據緩沖區的內容寫入硬盤的數據文件。 ”
“什么合適的時候?”
“那是我的緩沖管理器要做的事情了，想聽嗎? 我再花兩天給你講講!”
3.Undo 日志
“算了算了， 我們還是先假定數據緩沖區能和硬盤的數據文件同步吧， 回到剛才的問題，旺財在給小強轉賬， 第二步執行完了，旺財的余額變成了100塊 (200-100)， 假設已經寫入了硬盤文件， 現在斷電了， 小強的余額有沒有加上，系統的錢白白消失了100塊， 數據已經不一致了， 你怎么辦?” Tomcat把話題轉移回來。
“放心吧， 我會記錄日志的，我有個叫做Undo的日志文件，就是為了解決這個問題的” 老頭兒喝了一口酒 ，準備開始放大招 “比如你說的情況， 我會在我的日志文件中記錄下事務開始之前的他倆賬號余額：
[事務T1, 旺財原有余額 ， 200]
[事務T1, 小強原有余額， 50 ]
如果事務執行到一半，就斷電了，那數據庫重啟以后我就根據undo的日志文件來恢復。”
“嗯，那要是系統恢復的過程中又斷電了，還得再次恢復，那數據豈不變得一團糟? ” CPU阿甘對斷電心有余悸。
“對啊對啊”， 周邊的人附和到。
“你們這些年輕人啊， 還是too simple, 你們仔細想想，即使我把旺財的余額和小強的余額恢復了100次，會有什么結果?”
“如果每次都試圖把旺財的余額設為200， 小強余額設為50， 做多少次都沒問題， 因為他倆原來的余額就是那么多 !” Tomcat恍然大悟。
“這就叫做操作的冪等性，知道不? 我可以一直做恢復，恢復過程中斷電也不怕，只要把恢復做完就行。” 老頭兒看到時機一到，立刻上升為理論。
“恢復數據的時候， 那你怎么才能知道一個事務沒有完成呢?” Tomcat接著問道。
數據庫老頭兒對這個問題似乎很滿意， 專門花點時間寫了幾行字：
[開始事務 T1]
[事務T1, 旺財原有余額，200]
[事務T1, 小強原有余額，50]
[提交事務 T1]
“Undo日志文件中不僅僅只有余額， 事務的開始和結束也會記錄，如果我在日志文件中看到了[提交事務 T1], 或者 [回滾事務 T1], 我就知道這個事務已經結束，不用再去理會它了， 更不用去恢復。 如果我只看到 [開始事務 T1], 而找不到提交或回滾，那我就得恢復。比如下面這個：”
[開始事務 T1]
[事務T1, 旺財原有余額，200]
[事務T1, 小強原有余額，50]
“特別是，” 老頭補充道， “ 我恢復以后， 需要在日志文件中加上一行 [回滾事務 T1] ， 這樣下一次恢復我就不用再考慮T1這個事務了。”
4獨門絕技
“不對吧， 你這個Undo日志文件會面臨和數據文件一樣的問題， 都是需要加載到內存才能讀寫， 要不然會太慢。 那要是連日志文件還沒寫好就斷電了，那不還是玩完?” Ngnix 目光如炬，向深層次挖掘。
這是個絕佳的問題，大家紛紛把目光殺向數據庫老頭兒，希望這一次能把他打翻在地。
老頭兒鎮定自若，沒有回答，反而給大家拋出一個問題：“你們想想，我什么時候應該記錄Undo日志，什么時候把Undo日志寫入文件呢?”
“事務一開始的時候就得把Undo日志寫入文件， 這樣最安全!”
老頭兒笑了笑說： “蠢材! 一開始的時候我都不知道程序到底要操作那個字段，怎么記錄Undo日志，怎么寫入硬盤文件? ”
“那怎么辦啊? ”
“這就是我的獨門秘籍了， 我給大家舉個例子， 你們可要看仔細了, 我把日志記錄也放到了內存的Undo日志緩沖區，伺機寫入硬盤。”
“不知道你們這些小朋友看出一點門道兒沒有?” 老頭兒問道。
“讓我想想” Ngnix說， “如果系統在第4步和第5步之間崩潰，旺財的余額寫入了硬盤，但是小強的還沒寫入， 那Undo日志看起來是這樣的：
[開始事務 T1]
[事務T1, 旺財原有余額，200]
由于找不到事務結束的日志， 你會進行恢復操作， 把旺財的原有余額給恢復了。 ”
Tomcat 接過來說：“如果是在第7步和第8步之間系統崩潰，旺財和小強的最新余額都寫入了硬盤，但是沒有提交事務， 那Undo日志看起來是這樣的：
[開始事務 T1]
[事務T1, 旺財原有余額，200]
[事務T1, 小強原有余額，50]
由于沒有事務結束的日志，你也需要進行恢復，把旺財和小強的原有余額恢復成200和50 ”
CPU阿甘也不甘示弱說： “如果是在第8步和第9步之間系統崩潰， 旺財和小強的最新余額都寫入了硬盤， 也提交了事務， 但是提交事務的操作沒有寫入Undo 日志， 所以Undo日志還是這樣：”
[開始事務 T1]
[事務T1, 旺財原有余額，200]
[事務T1, 小強原有余額，50]
由于沒有事務結束的日志，你還得需要進行恢復，把旺財和小強的原有余額恢復成200和50”
數據庫老頭笑瞇瞇的聽著大家的分析，似乎非常的享受： “是不是可以應付各種情況啊? 啊?”
大家紛紛點頭，佩服無比。
Tomcat都不叫老頭兒，改稱為老先生了： “ 老先生， 好像是有什么內在的規律，您給說說!”
數據庫老頭兒無比得意， 興致勃勃地說， “這就是我的獨門秘籍了， 其實很簡單了， 就兩條：
1. 在你把最新余額寫入硬盤之前， 一定要先把相關的Undo日志記錄寫入硬盤。 例如[事務T1, 旺財原有余額，200] 一定要在旺財的新余額=100寫入硬盤之前寫入。
2. [提交事務 T1] 這樣的Undo日志記錄一定要在所有的新余額寫入硬盤之后再寫入。 有了這兩條的保證，我就可以高枕無憂了!， 比如說，換個操作次序也沒有問題：”
【本文為51CTO專欄作者“劉欣”的原創稿件，轉載請通過作者微信公眾號coderising獲取授權】
