為什么要兩階段提交?一階段提交不行嗎?

小伙伴們知道，MySQL 中的事務(wù)是兩階段提交，我們見到的很多分布式事務(wù)也都是兩階段提交的，例如 Seata，那么為什么要兩階段提交呢?一次直接提交了不行嗎?今天我們來聊聊這個話題。

1. 什么是兩階段提交

1.1 binlog 與 redologbinlog

binlog

我們中文一般稱作歸檔日志，如果大家看過松哥之前發(fā)的 MySQL 主從搭建，應(yīng)該對這個日志有印象，當(dāng)我們搭建 MySQL 主從的時候就離不開 binlog。

binlog 是 MySQL Server 層的日志，而不是存儲引擎自帶的日志，它記錄了所有的 DDL 和 DML(不包含數(shù)據(jù)查詢語句)語句，而且是以事件形式記錄，還包含語句所執(zhí)行的消耗的時間等，需要注意的是：

• binlog 是一種邏輯日志，他里邊所記錄的是一條 SQL 語句的原始邏輯，例如給某一個字段 +1，注意這個區(qū)別于 redo log 的物理日志(在某個數(shù)據(jù)頁上做了什么修改)。
• binlog 文件寫滿后，會自動切換到下一個日志文件繼續(xù)寫，而不會覆蓋以前的日志，這個也區(qū)別于 redo log，redo log 是循環(huán)寫入的，即后面寫入的可能會覆蓋前面寫入的。
• 一般來說，我們在配置 binlog 的時候，可以指定 binlog 文件的有效期，這樣在到期后，日志文件會自動刪除，這樣避免占用較多存儲空間。

根據(jù) MySQL 官方文檔的介紹，開啟 binlog 之后，大概會有 1% 的性能損耗，不過這還是可以接受的，一般來說，binlog 有兩個重要的使用場景：

• MySQL 主從復(fù)制時：在主機(jī)上開啟 binlog，主機(jī)將 binlog 同步給從機(jī)，從機(jī)通過 binlog 來同步數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)同步。
• MySQL 數(shù)據(jù)恢復(fù)，通過使用 mysqlbinlog 工具再結(jié)合 binlog 文件，可以將數(shù)據(jù)恢復(fù)到過去的某一時刻。

redo log

前面我們說的 binlog 是 MySQL 自己提供的，在 MySQL 的 server 層，而 redo log 則不是 MySQL 提供的，是存儲引擎 InnoDB 自己提供的。所以在 MySQL 中就存在兩類日志 binlog 和 redo log，存在兩類日志既有歷史原因(InnoDB 最早不是 MySQL 官方存儲引擎)也有技術(shù)原因，這個咱們以后再細(xì)聊。

我們都知道，事務(wù)的四大特性里面有一個是持久性，即只要事務(wù)提交成功，那么對數(shù)據(jù)庫做的修改就被永久保存下來了，寫到磁盤中了，怎么做到的呢?其實(shí)我們很容易想到是在每次事務(wù)提交的時候，將該事務(wù)涉及修改的數(shù)據(jù)頁全部刷新到磁盤中，一旦寫到磁盤中，就不怕數(shù)據(jù)丟失了。

但是要是每次都這么搞，數(shù)據(jù)庫就不知道慢到哪里去了!因?yàn)?Innodb 是以頁為單位進(jìn)行磁盤交互的，而一個事務(wù)很可能只修改一個數(shù)據(jù)頁里面的幾個字節(jié)，這個時候?qū)⑼暾臄?shù)據(jù)頁刷到磁盤的話，不僅效率低，也浪費(fèi)資源。效率低是因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)頁在物理上并不連續(xù)，將數(shù)據(jù)頁刷到磁盤會涉及到隨機(jī) IO。

有鑒于此，MySQL 設(shè)計了 redo log，在 redo log 中只記錄事務(wù)對數(shù)據(jù)頁做了哪些修改。那有人說，寫 redo log 不就是磁盤 IO 嗎?而寫數(shù)據(jù)到磁盤也是磁盤 IO，既然都是磁盤 IO，那干嘛不把直接把數(shù)據(jù)寫到磁盤呢?還費(fèi)這事!

此言差矣。

寫 redo log 跟寫數(shù)據(jù)有一個很大的差異，那就是 redo log 是順序 IO，而寫數(shù)據(jù)涉及到隨機(jī) IO，寫數(shù)據(jù)需要尋址，找到對應(yīng)的位置，然后更新/添加/刪除，而寫 redo log 則是在一個固定的位置循環(huán)寫入，是順序 IO，所以速度要高于寫數(shù)據(jù)。

redo log 本身又分為：

• 日志緩沖(redo log buffer)，該部分日志是易失性的。
• 重做日志(redo log file)，這是磁盤上的日志文件，該部分日志是持久的。

MySQL 每執(zhí)行一條 DML 語句，先將記錄寫入 redo log buffer，后續(xù)在某個時間點(diǎn)再一次性將多個操作記錄寫到 redo log file，這種先寫日志再寫磁盤的技術(shù)就是 MySQL 里經(jīng)常說到的 WAL(Write-Ahead Logging) 技術(shù)(預(yù)寫日志)。

1.2 兩階段提交

在 MySQL 中，兩階段提交的主角就是 binlog 和 redolog，我們來看一個兩階段提交的流程圖：

從上圖中可以看出，在最后提交事務(wù)的時候，有 3 個步驟：

• 寫入 redo log，處于 prepare 狀態(tài)。
• 寫 binlog。
• 修改 redo log 狀態(tài)變?yōu)?commit。

由于 redo log 的提交分為 prepare 和 commit 兩個階段，所以稱之為兩階段提交。

2. 為什么需要兩階段提交

如果沒有兩階段提交，那么 binlog 和 redolog 的提交，無非就是兩種形式：

• 先寫 binlog 再寫 redolog。
• 先寫 redolog 再寫 binlog。

這兩種情況我們分別來看。

假設(shè)我們要向表中插入一條記錄 R，如果是先寫 binlog 再寫 redolog，那么假設(shè) binlog 寫完后崩潰了，此時 redolog 還沒寫。那么重啟恢復(fù)的時候就會出問題：binlog 中已經(jīng)有 R 的記錄了，當(dāng)從機(jī)從主機(jī)同步數(shù)據(jù)的時候或者我們使用 binlog 恢復(fù)數(shù)據(jù)的時候，就會同步到 R 這條記錄;但是 redolog 中沒有關(guān)于 R 的記錄，所以崩潰恢復(fù)之后，插入 R 記錄的這個事務(wù)是無效的，即數(shù)據(jù)庫中沒有該行記錄，這就造成了數(shù)據(jù)不一致。

相反，假設(shè)我們要向表中插入一條記錄 R，如果是先寫 redolog 再寫 binlog，那么假設(shè) redolog 寫完后崩潰了，此時 binlog 還沒寫。那么重啟恢復(fù)的時候也會出問題：redolog 中已經(jīng)有 R 的記錄了，所以崩潰恢復(fù)之后，插入 R 記錄的這個事務(wù)是有效的，通過該記錄將數(shù)據(jù)恢復(fù)到數(shù)據(jù)庫中;但是 binlog 中還沒有關(guān)于 R 的記錄，所以當(dāng)從機(jī)從主機(jī)同步數(shù)據(jù)的時候或者我們使用 binlog 恢復(fù)數(shù)據(jù)的時候，就不會同步到 R 這條記錄，這就造成了數(shù)據(jù)不一致。

那么按照前面說的兩階段提交就能解決問題嗎?

我們來看如下三種情況：

情況一：一階段提交之后崩潰了，即寫入 redo log，處于 prepare 狀態(tài) 的時候崩潰了，此時：

由于 binlog 還沒寫，redo log 處于 prepare 狀態(tài)還沒提交，所以崩潰恢復(fù)的時候，這個事務(wù)會回滾，此時 binlog 還沒寫，所以也不會傳到備庫。

情況二：假設(shè)寫完 binlog 之后崩潰了，此時：

redolog 中的日志是不完整的，處于 prepare 狀態(tài)，還沒有提交，那么恢復(fù)的時候，首先檢查 binlog 中的事務(wù)是否存在并且完整，如果存在且完整，則直接提交事務(wù)，如果不存在或者不完整，則回滾事務(wù)。

情況三：假設(shè) redolog 處于 commit 狀態(tài)的時候崩潰了，那么重啟后的處理方案同情況二。

由此可見，兩階段提交能夠確保數(shù)據(jù)的一致性。