如何執行一條SQL更新語句？

這篇文章跟大家介紹一下執行一條SQL更新語句的流程。有一定的參考價值，有需要的朋友可以參考一下，希望對大家有幫助。

一、前言

前面我們系統了解了一個查詢語句的執行流程，並介紹了執行過程中涉及的處理模組。相信你還記得，一條查詢語句的執行過程一般是經過連接器、分析器、優化器、執行器等功能模組，最後到達儲存引擎。

那麼，一條更新語句的執行流程又是怎麼樣的呢？

之前你可能常聽DBA 同事說，MySQL 可以恢復到半個月內任意一秒的狀態，驚嘆的同時，你是不是心中也會不免會好奇，這是怎麼做做到的呢？

二、語句解析

我們還是從一個表的一條更新語句說起，下面是這個表的創建語句，這個表有一個主鍵ID 和一個整數字段c：

mysql> create table T(ID int primary key, c int);

 如果要將ID=2 這一行的值加1，SQL 語句就會這麼寫：

mysql> update T set c=c+1 where ID=2;

前面我有跟你介紹過SQL 語句基本的執行鏈路，這裡我再把那張圖拿過來，你也可以先簡單看看這張圖回顧下。首先，可以確定的說，查詢語句的那一套流程，更新語句也是同樣會走一遍。

你執行語句前要先連接資料庫，這是連接器的工作。

前面我們說過，在一個表上有更新的時候，跟這個表有關的查詢快取會失效，所以這條語句就會把表 T 上所有快取結果都清空。這也就是我們一般不建議使用查詢快取的原因。

接下來，分析器會透過詞法和語法解析知道這是一條更新語句。優化器決定要使用 ID 這個索引。然後，執行器負責具體執行，找到這一行，然後更新。

與查詢流程不一樣的是，更新流程也涉及兩個重要的日誌模組，它們正是我們今天要討論的主角：redo log（重做日誌）和 binlog（歸檔日誌）。如果接觸 MySQL，那這兩個字一定是繞不過的，我後面的內容也會不斷地跟你強調。不過話說回來，redo log 和 binlog 在設計上有很多有趣的地方，這些設計思路也可以用到你自己的程式裡。

重要的日誌模組：redo log

不知道你還記不記得《孔乙己》這篇文章，飯店掌櫃有一個粉板，專門用來記錄客人的賒帳記錄。如果賒帳的人不多，那麼他可以把顧客名和帳目寫在板上。但如果賒帳的人多了，粉板總會有記不下的時候，這時候掌櫃一定還有一個專門記錄賒帳的帳本。

如果有人要賒帳或還帳的話，掌櫃一般有兩種做法：

• 一種做法是直接把帳本翻出來，把這次賒的帳加上去或者扣除掉；
• 另一種做法是先在粉板上記下這次的賬，等打烊以後再把賬本翻出來核算。

在生意紅火櫃檯很忙時，掌櫃一定會選擇後者，因為前者操作實在是太麻煩了。首先，你得找到這個人的賒帳總額那筆記錄。你想想，密密麻麻幾十頁，掌櫃要找到那個名字，可能還得帶上老花眼鏡慢慢找，找到之後再拿出算盤計算，最後再將結果寫回賬本上。

這整個過程想想就很麻煩。相比之下，還是先在粉板上記一下方便。你想想，如果掌櫃沒有粉板的幫助，每次記帳都得翻帳本，效率是不是低到讓人難以忍受？

同樣，在MySQL 裡也有這個問題，如果每一次的更新操作都需要寫進磁碟，然後磁碟也要找到對應的那筆記錄，然後再更新，整個過程IO 成本、查找成本都很高。為了解決這個問題，MySQL 的設計者就用了類似飯店掌櫃粉板的想法來提升更新效率。

而粉板和帳本配合的整個過程，其實就是MySQL 裡常說到的WAL 技術，WAL 的全名是Write-Ahead Logging，它的關鍵點就是先寫日誌，再寫磁碟，也就是先寫粉板，等不忙的時候再寫帳本。

具體來說，當有一筆記錄需要更新的時候，InnoDB 引擎就會先把記錄寫到 redo log（粉板）裡面，並更新內存，這個時候更新就算完成了。同時，InnoDB 引擎會在適當的時候，將這個操作記錄更新到磁碟裡面，而這個更新往往是在系統比較空閒的時候做，這就像打烊以後掌櫃做的事。

如果今天賒帳的不多，掌櫃可以等打烊後再整理。但如果某天賒帳的特別多，粉板寫滿了，又怎麼辦呢？這時候掌櫃只好放下手中的活兒，把粉板中的一部分賒帳記錄更新到帳本中，然後把這些記錄從粉板上擦掉，為記新帳騰出空間。

   與此類似，InnoDB 的 redo log 是固定大小的，例如可以配置為一組 4 個文件，每個文件的大小是 1GB，那麼這塊「粉板」總共就可以記錄 4GB 的操作。從頭開始寫，寫到最後就回到開頭循環寫，如下面這個圖。

write pos 是目前記錄的位置，一邊寫一邊後移（順時針），寫到第 3 號檔案結尾後就回到 0 號檔案開頭。 checkpoint 是目前要擦除的位置，也是往後推移並且循環的，擦除記錄前要把記錄更新到資料檔。

write pos 和 checkpoint 之間的是「粉板」上還空的部分，可以用來記錄新的操作。如果 write pos 追上 checkpoint，表示「粉板」滿了，這時候不能再執行新的更新，得停下來先擦掉一些記錄，把 checkpoint 推進一下。

有了 redo log，InnoDB 就可以保證即使資料庫發生異常重啟，先前提交的記錄都不會遺失，這個能力稱為 crash-safe。

要理解 crash-safe 這個概念，可以想想我們前面賒帳記錄的例子。只要賒帳記錄記在了粉板上或寫在了賬本上，之後即使掌櫃忘記了，比如突然停業幾天，恢復生意後依然可以通過賬本和粉板上的數據明確賒賬賬目。

重要的日誌模組：binlog

前面我們講過，MySQL 整體來看，其實就有兩塊：一塊是Server 層，它主要做的是MySQL 功能層面的事情；還有一塊是引擎層，負責儲存相關的具體事宜。上面我們聊到的粉板 redo log 是 InnoDB 引擎特有的日誌，而 Server 層也有自己的日誌，稱為 binlog（歸檔日誌）。

我想你一定會問，為什麼會有兩份日誌呢？

因為最開始 MySQL 裡並沒有 InnoDB 引擎。 MySQL 自帶的引擎是 MyISAM，但是 MyISAM 沒有 crash-safe 的能力，binlog 日誌只能用於歸檔。而 InnoDB 是另一個公司以插件形式引入 MySQL 的，既然只依靠 binlog 是沒有 crash-safe 能力的，所以 InnoDB 使用另外一套日誌系統——也就是 redo log 來實現 crash-safe 能力。

這兩種日誌有以下三點不同。

1. redo log 是 InnoDB 引擎特有的；binlog 是 MySQL 的 Server 層實現的，所有引擎都可以使用。
2. redo log 是實體日誌，記錄的是「在某個資料頁上做了什麼修改」；binlog 是邏輯日誌，記錄的是這個語句的原始邏輯，例如「給ID=2 這一行的c 字段加1 」。
3. redo log 是循環寫的，空間固定會用完；binlog 是可以追加寫入的。 「追加寫」是指 binlog 檔案寫到一定大小後會切換到下一個，不會覆蓋先前的日誌。

有了對這兩個日誌的概念性理解，我們再來看執行器和 InnoDB 引擎在執行這個簡單的 update 語句時的內部流程。

1. 執行器先找引擎取 ID=2 這一行。 ID 是主鍵，引擎直接用樹搜尋找到這一行。如果 ID=2 這一行所在的資料頁本來就在內存中，就直接返回給執行器；否則，需要先從磁碟讀入內存，然後再返回。
2. 執行器拿到引擎給的行數據，把這個值加上 1，例如原來是 N，現在就是 N 1，得到新的一行數據，再呼叫引擎介面寫入這行新數據。
3. 引擎將這行新資料更新到記憶體中，同時將這個更新操作記錄到 redo log 裡面，此時 redo log 處於 prepare 狀態。然後告知執行器執行完成了，隨時可以提交事務。
4. 執行器產生這個操作的 binlog，並把 binlog 寫入磁碟。
5. 執行器呼叫引擎的提交事務接口，引擎把剛剛寫入的 redo log 改成提交（commit）狀態，更新完成。

這裡我給出這個 update 語句的執行流程圖，圖中淺色框表示是在 InnoDB 內部執行的，深色框表示是在執行器中執行的。

你可能注意到了，最後三步看上去有點“繞”，將redo log 的寫入拆成了兩個步驟：prepare 和commit，這就是"兩階段提交"。

兩階段提交

為什麼必須有「兩階段提交」？這是為了讓兩份日誌之間的邏輯一致。要說明這個問題，我們得從文章開頭的問題說起：怎麼讓資料庫恢復到半個月內任一秒的狀態？

前面我們說過了，binlog 會記錄所有的邏輯操作，並且是採用「追加寫」的形式。如果你的 DBA 承諾說半個月內可以恢復，那麼備份系統中一定會保存最近半個月的所有 binlog，同時系統會定期做整庫備份。這裡的「定期」取決於系統的重要性，可以是一天一備，也可以是一週一備。

當需要恢復到指定的某一秒時，例如某天下午兩點發現中午十二點有一次誤刪表，需要找回數據，那你可以這麼做：

• 首先，找到最近的一次全量備份，如果你運氣好，可能就是昨天晚上的一個備份，從這個備份恢復到臨時庫；
• #然後，從備份的時間點開始，將備份的binlog 依序取出來，重播到中午誤刪表之前的那個時刻。

這樣你的臨時庫就跟誤刪之前的線上庫一樣了，然後你可以把表資料從臨時庫取出來，按需要恢復到線上庫去。

好了，說完了資料復原過程，我們回來說，為什麼日誌需要「兩階段提交」。這裡不妨用反證法來解釋。

仍然用前面的 update 語句來做範例。假設目前 ID=2 的行，欄位 c 的值是 0，再假設執行 update 語句過程中在寫完第一個日誌後，第二個日誌還沒寫完期間發生了 crash，會出現什麼情況呢？

1. 先寫 redo log 後再寫 binlog。假設在 redo log 寫完，binlog 還沒寫完的時候，MySQL 程序異常重新啟動。由於我們前面說的，redo log 寫完之後，系統即使崩潰，仍然能夠把資料恢復回來，所以恢復後這一行 c 的值是 1。但由於 binlog 沒寫完就 crash 了，這時候 binlog 裡面就沒有記錄這個語句。因此，之後備份日誌的時候，存起來的 binlog 裡面就沒有這條語句。然後你會發現，如果需要用這個binlog 來恢復臨時庫的話，由於這個語句的binlog 丟失，這個臨時庫就會少了這次更新，恢復出來的這一行c 的值就是0，與原庫的值不同。
2. 先寫 binlog 後再寫 redo log。如果在 binlog 寫完之後 crash，由於 redo log 還沒寫，當機恢復以後這個事務無效，所以這一行 c 的值是 0。但是 binlog 裡面已經記錄了「把 c 從 0 改成 1」這個日誌。所以，之後用 binlog 來恢復的時候就多了一個事務出來，恢復出來的這一行 c 的值就是 1，與原始庫的值不同。

可以看到，如果不使用“兩階段提交”，那麼資料庫的狀態就有可能和用它的日誌恢復出來的庫的狀態不一致。

你可能會說，這個機率是不是很低，平常也沒有什麼動不動就需要恢復臨時庫的場景呀？

其實不是的，不只是誤操作後需要用這個過程來恢復資料。當你需要擴容的時候，也就是需要再多搭建一些備庫來增加系統的讀取能力的時候，現在常見的做法也是用全量備份加上應用binlog 來實現的，這個「不一致」就會導致你的線上出現主從資料庫不一致的情況。

簡單來說，redo log 和 binlog 都可以用來表示交易的提交狀態，而兩階段提交就是讓這兩個狀態保持邏輯上的一致。

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