undo和redo介绍

在数据库系统中，既有存放数据的文件，也有存放日志的文件。日志在内存中也是有缓存Log buffer，也有磁盘文件log file。
MySQL中的日志文件，有这么两类与事务有关：undo日志与redo日志。

1、undo日志

数据库事务具备原子性（Atomicity），如果事务执行失败，需要把数据回滚。
事务同时还具备持久性(Durability)，事务对数据所做的变更就完全保存在了数据库，不能因为故障而丢失。
持久性和原子性可以利用undo日志来实现。

Undo Log的原理很简单，为了满足事务的原子性，在操作任何数据之前，首先将数据备份到Undo Log。然后进行数据的修改。如果出现了错误或者用户执行了ROLLBACK语句，系统可以利用Undo Log中的备份将数据恢复到事务开始之前的状态。

数据库写入数据到磁盘之前，会把数据先缓存在内存中，事务提交时才会写入磁盘中。

用Undo Log实现原子性和持久化的事务的简化过程：

假设有A、B两个数据，值分别为1,2。
A. 事务开始.
B. 记录A=1到undo log buffer.
C. 修改A=3.
D. 记录B=2到undo log buffer.
E. 修改B=4.
F. 将undo log buffer写到磁盘。
G. 将数据写到磁盘。
H. 事务提交

如何保证原子性？
在修改数据到磁盘前，会先记录undo log，并将undo log持久化到硬盘
如何保证持久性？
在事务提交之前，把内存中缓存的数据写入磁盘。这样事务提交时，可以确定数据是已经持久化的，不会丢失。
若系统在G和H之间崩溃
此时事务并未提交，需要回滚。而undo log已经被持久化，可以根据undo log来恢复数据
若系统在G之前崩溃
此时数据并未持久化到硬盘，依然保持在事务之前的状态

缺陷：每个事务提交前将数据和Undo Log写入磁盘，这样会导致大量的磁盘IO，因此性能很低。

如果能够将数据缓存一段时间，就能减少IO提高性能。但是这样就会丧失事务的持久性。因此引入了另外一种机制来实现持久化，即Redo Log.

2、redo日志

和Undo Log相反，Redo Log记录的是新数据的备份。在事务提交前，只要将Redo Log持久化即可，不需要将数据持久化，减少了IO的次数。

先来看下基本原理：

Undo + Redo事务的简化过程

假设有A、B两个数据，值分别为1,2

A. 事务开始.
B. 记录A=1到undo log.
C. 修改A=3.
D. 记录A=3到redo log.
E. 记录B=2到undo log.
F. 修改B=4.
G. 记录B=4到redo log.
H. 将undo log写入磁盘
I. 将redo log写入磁盘
J. 事务提交

安全和性能问题

如何保证原子性？
如果在事务提交前故障，通过undo log日志恢复数据。如果undo log都还没写入，那么数据就尚未持久化，无需回滚
如何保证持久化？
大家会发现，这里并没有出现数据的持久化。因为数据已经写入redo log，而redo log持久化到了硬盘，因此只要到了I以后，事务是可以提交的。
内存中的数据库数据何时持久化到磁盘？
因为redo log已经持久化，因此数据库数据写入磁盘与否影响不大，不过为了避免出现脏数据（内存中与磁盘不一致），事务提交后也会将内存数据刷入磁盘（也可以按照固设定的频率刷新内存数据到磁盘中）。
持久化redo和持久化数据库数据有什么性能差异？
- 数据库数据写入是随机IO，性能很差
- redo log在初始化时会开辟一段连续的空间，写入是顺序IO，性能很好
redo log中记录的数据，有可能尚未提交，那么如何完成数据恢复？
数据恢复有两种策略：
- 恢复时，只重做已经提交了的事务
- 恢复时，重做所有事务包括未提交的事务和回滚了的事务。然后通过Undo Log回滚那些未提交的事务
  Inodb引擎采用的是第二种方案，因此undo log要在 redo log前持久化
写入性能的优化
事务提交前需要同时写入undo log和 redo log，势必增加IO次数，因此实际上undo log并不是直接写入磁盘，而是先写入到redo log中，当redo log持久化时，undo log就同时持久化到硬盘了。
因此事务提交前，只需要对redo log持久化即可。
另外，redo log并不是写入一次就持久化一次，redo log在内存中也有自己的缓冲池：redo log buffer。每次写redo log都是写入到buffer，在提交时一次性持久化到磁盘，减少IO此时。

最后总结一下：

undo log 记录更新前数据，用于保证事务原子性
redo log 记录更新后数据，用于保证事务的持久性
redo log有自己的内存buffer，先写入到buffer，事务提交时写入磁盘
redo log持久化之后，意味着事务是可提交的