【MySQL篇07】：redo log日志与buffer pool详解

1. Buffer Pool 缓冲池

首先，需要理解一个核心问题：数据库的更新操作，直接写到磁盘是非常慢的。 磁盘是机械设备，读写速度远低于内存。如果每次更新都直接写盘，数据库的性能会非常差。

为了解决这个问题，数据库引入了内存缓存的概念，也就是图中的 Buffer Pool (缓冲池)。

可以把 Buffer Pool 想象成一个高速缓存区，它存储了数据库中经常访问的数据页（数据在磁盘上是以“页”为单位存储的）。

• 读取数据时： 如果要读取的数据页已经在 Buffer Pool 中，就直接从内存读取，速度非常快。如果不在，就需要从磁盘加载到 Buffer Pool 中，然后再从 Buffer Pool 中读取。
• 更新数据时： 数据库并不会直接将更新后的数据写回磁盘，而是先将更新操作应用到 Buffer Pool 中的数据页上。

2. redo log (重做日志)

现在问题来了，如果数据只更新到了 Buffer Pool，还没有写回磁盘，这个时候数据库突然崩溃了，怎么办？内存中的数据就会丢失，导致数据不一致。

这就是 redo log (重做日志) 的作用。

可以把 redo log 想象成一个操作日志本，它记录了数据库的所有更新操作。

• 当你执行一个更新操作时，InnoDB 存储引擎会先将这个更新操作记录到 redo log buffer (重做日志缓存) 中。
• 然后，再将更新应用到 Buffer Pool 中的数据页。

这个过程非常重要：先写日志，再更新内存。 这就是所谓的 WAL (Write-Ahead Logging，先写日志) 技术。

redo log 的作用：

redo log 的主要作用是 保证事务的持久性。即使数据库崩溃，只要 redo log 中的数据没有丢失，就可以通过回放 redo log 来恢复崩溃前的数据状态。

我们结合图来看整个流程：

[应用程序] 
   │
   │ UPDATE user SET balance=200 WHERE id=1
   ▼
[InnoDB引擎]
   ├── 1. 从磁盘加载数据页到 → [Buffer Pool]（内存缓冲区）
   ├── 2. 修改Buffer Pool中的数据（产生脏页）
   ├── 3. 记录物理修改到 → [redo log buffer]（内存）
   └── 4. 提交事务时将redo log刷盘 → [ib_logfile]（磁盘）
        │
        └── 后台线程异步将脏页刷回磁盘数据文件

1. 磁盘加载数据放入缓冲池 ：当你需要读取或修改某个数据时，如果它不在 Buffer Pool 中，会先从磁盘加载到 Buffer Pool 中。
2. 直接更新缓存数据 ：更新操作会直接作用于 Buffer Pool 中的数据页。
3. 记录更新信息：同时，这个更新操作的信息会被记录到 redo log buffer 中。
4. 清空 redo log buffer 刷盘到 redo 日志中：redo log buffer 中的内容会定期或在特定时机（比如事务提交时）被刷写到磁盘上的 redo log 文件中。

为什么需要 redo log buffer？

redo log buffer 就像一个临时的缓冲区，用于存放最近的 redo log 记录。先写到 buffer 中比直接写到磁盘更快。当 buffer 满了或者满足其他条件时，才会将 buffer 中的内容批量刷写到磁盘，减少了磁盘 I/O 的次数。

什么时候刷盘呢？

redo log buffer 刷盘到磁盘的时机有很多种，包括：

• 事务提交时： 这是最常见的刷盘时机，保证了事务的持久性。
• 当 redo log buffer 空间不足时： 如果 redo log buffer 快满了，会强制刷盘。
• 后台线程定时刷盘： InnoDB 有后台线程会定期将 redo log buffer 中的内容刷盘。
• 正常关闭数据库时： 关闭数据库之前，会把 redo log buffer 中的内容刷盘。

3. 总结一下 redo log 和 Buffer Pool 在更新数据时的协同工作

1. 更新操作先写到 redo log buffer。
2. 更新操作应用到 Buffer Pool 中的数据页。
3. redo log buffer 中的内容在合适的时机刷写到磁盘上的 redo log 文件。
4. Buffer Pool 中的脏页（被修改过但还没写回磁盘的数据页）会在合适的时机（比如后台线程、Buffer Pool 空间不足等）刷写到磁盘上的数据文件。

通过这种方式，数据库可以在保证数据持久性的同时，提高更新操作的性能，因为大部分更新操作都先在内存中完成。即使发生崩溃，也可以通过 redo log 来恢复数据。

关键组件关系图

+-------------------+    1.记录操作     +-------------------+
| redo log buffer   | <--------------  | 事务更新请求       |
| (内存日志缓存)    |                   |                   |
+-------------------+                  +--------+----------+
       | 2.刷日志(保证持久性)                     | 3.修改内存数据
       V                                        V
+-------------------+                +----------------------+
| 磁盘 redo log文件  |               | Buffer Pool          |
| (安全存储的操作记录)|               | (内存数据页)          |
+-------------------+                |                      |
       ^                             | 4.标记为脏页          |
       |                             +----------------------+
       |                                        |
       | 5.推进检查点(释放日志空间)               | 6.触发刷盘条件
       |----------------------------------------+
       V                                        V
+-------------------+                +----------------------+
| 磁盘数据文件       | <------------- | 后台线程刷脏页        |
| (最终持久化数据)   |  7.覆盖写数据   | (将脏页内容写入磁盘)  |
+-------------------+                +----------------------+

刷盘完成后

• 脏页变干净：Buffer Pool 中该页标记为「非脏页」（与磁盘一致）
• 推进检查点 (Checkpoint)
  • 系统记录：「此脏页数据已落盘，其对应的 redo log 记录可被覆盖」
  • 磁盘 redo log 文件：释放旧日志空间（循环复用）
    磁盘一致）
• 推进检查点 (Checkpoint)
  • 系统记录：「此脏页数据已落盘，其对应的 redo log 记录可被覆盖」
  • 磁盘 redo log 文件：释放旧日志空间（循环复用）