在数据库事务管理中， Undo Log 和 Redo Log 是两种关键日志，用于保障事务的 原子性 和 持久性 。它们的作用是确保数据库在出现崩溃、断电、宕机等故障时，能够进行恢复操作，从而保障数据一致性和完整性。它们通常用于支持事务的 ACID 特性中的 原子性 和 持久性 。下面将分别介绍 Undo Log 和 Redo Log 的原理、实现机制、以及它们的作用。
一、Undo Log
Undo Log 是回滚日志，它的作用是在事务发生异常或主动回滚时，用于撤销已执行的操作，确保数据库数据能够回到事务开始前的状态，保证事务的 原子性 。
1. 工作原理
- 作用 ：Undo Log 记录了在事务执行过程中对数据的每次修改前的数据副本（即修改前的旧值），这些旧值在回滚时用于恢复到数据的原始状态。
- 事务开始时 ：事务执行过程中，每当进行写操作（如
INSERT、UPDATE、DELETE）时，数据库会将修改前的记录保存在 Undo Log 中。 - 回滚时 ：如果事务回滚，系统会通过 Undo Log 将这些记录回滚至修改之前的状态，从而实现撤销操作。
例如：
- 如果执行了一条
UPDATE操作，事务会记录修改前的数据值。 - 如果事务最终失败或主动执行了回滚（
ROLLBACK），数据库会使用 Undo Log 将被更新的数据恢复到原始值。
2. Undo Log 的实现
-
逻辑日志 ：Undo Log 是一种逻辑日志，记录的是逻辑上的修改操作。它并不会直接记录每次操作的物理存储修改，而是记录修改前的数据。
-
链表结构 ：InnoDB 存储引擎会为每条记录维护一条 Undo Log 记录，并以链表的方式串联起来。如果事务需要回滚，MySQL 会沿着 Undo Log 链表进行逐条回滚，直到恢复到事务开始时的状态。
-
Undo Log 的类型
：
- 对于
INSERT操作，Undo Log 记录的是“删除”操作，因为如果事务回滚，需要撤销插入的数据。 - 对于
DELETE操作，Undo Log 记录的是“插入”操作，用来恢复被删除的数据。 - 对于
UPDATE操作，Undo Log 记录的是修改前的旧值，用来恢复原来的值。
- 对于
3. 使用场景
- 事务回滚 ：当事务执行失败或用户显式要求回滚时，Undo Log 会将所有修改的数据恢复到事务开始前的状态。
- MVCC（多版本并发控制） ：Undo Log 也用于实现 MVCC 机制。不同事务可能在不同时间看到不同版本的数据，这些版本的数据就是由 Undo Log 提供的。这样，未提交的事务修改对其他事务是不可见的，帮助实现隔离性。
4. 示例
假设有一条 UPDATE 语句： UPDATE user SET balance = balance + 100 WHERE id = 1; 。在修改 balance 之前，数据库会将 id = 1 用户的原始 balance 值存储在 Undo Log 中。如果事务回滚，系统会从 Undo Log 中恢复 balance 的原始值。
二、Redo Log
Redo Log 是重做日志，主要用于恢复已经提交的事务，确保数据库的 持久性 （Durability）。当数据库发生崩溃时，Redo Log 可以帮助恢复已经提交但尚未写入磁盘的数据。
1. 工作原理
- 作用 ：Redo Log 记录的是对数据库的物理层面的修改，确保当系统崩溃时，已经提交的事务所做的修改不会丢失。通过 Redo Log，MySQL 能够在崩溃后重做已提交事务的修改，保证事务的持久性。
- 事务提交时 ：当事务提交时，MySQL 并不会立即将所有数据刷新到磁盘（因为磁盘 IO 较慢），而是先将修改内容记录到 Redo Log 中，之后再异步地将数据写入磁盘。
例如：
- 在执行一条
INSERT、UPDATE或DELETE操作时，数据库会先将修改记录写入 Redo Log。当事务提交时，系统会将 Redo Log 刷入磁盘，保证数据不会丢失。 - 即使数据库此时宕机，数据页尚未持久化，但因为有 Redo Log，系统可以在重启后重新应用日志，恢复已提交的事务。
2. Redo Log 的实现
- 物理日志 ：Redo Log 是物理日志，记录的是物理数据页的更改，而不是 SQL 操作或逻辑操作。它记录了数据库物理块的变更，比如某个数据页上某条记录的修改。
- WAL（Write-Ahead Logging）机制 ：InnoDB 采用 WAL 机制，即 先写日志，再写磁盘 。每次事务提交时，InnoDB 会将 Redo Log 先写入磁盘，而后再慢慢将实际修改的数据写入磁盘。
- 循环写机制 ：Redo Log 采用固定大小的循环写机制。当日志写满时，会从头开始重新写。因此，在系统运行时，InnoDB 会定期将日志应用到数据页，并将脏页（即被修改但还未写入磁盘的数据页）刷新到磁盘。
3. Redo Log 的使用场景
- 崩溃恢复 ：当数据库崩溃后，通过重启，MySQL 可以根据 Redo Log 恢复所有已提交的事务。这是 MySQL 保证事务持久性的关键机制。
- 提高性能 ：因为 Redo Log 可以先于数据页写入磁盘，数据库无需每次事务提交时都立即写入数据页，从而显著提高了写操作的性能。数据页的写入可以在稍后的时间由后台线程异步完成。
4. 示例
假设执行一条 UPDATE 语句： UPDATE user SET balance = balance + 100 WHERE id = 1; 。当事务提交时，MySQL 会将修改后的 balance 值写入 Redo Log，并将 Redo Log 刷入磁盘。如果系统在修改完成后立刻崩溃，虽然数据页未刷新，但 MySQL 可以通过 Redo Log 在重启时恢复提交的事务。
三、Undo Log 和 Redo Log 的区别
| 对比项 | Undo Log | Redo Log |
|---|---|---|
| 作用 | 记录数据的旧值，用于回滚事务 | 记录数据的修改，用于恢复已提交的事务 |
| 日志类型 | 逻辑日志，记录逻辑操作 | 物理日志，记录数据页的物理修改 |
| 实现机制 | 链表结构，逐条回滚 | 固定大小的循环写机制，WAL 策略 |
| 使用场景 | 事务回滚、多版本并发控制（MVCC） | 崩溃恢复、保证数据持久性 |
| 何时写入磁盘 | 修改数据时记录，但无需立即写入磁盘 | 事务提交时必须写入磁盘 |
| 涉及的 ACID 特性 | 原子性、隔离性 | 持久性 |
四、总结
- Undo Log 保证了事务的 原子性 和 隔离性 ，在事务回滚和多版本并发控制（MVCC）中起到关键作用。
- Redo Log 保证了事务的 持久性 ，在系统崩溃后可以恢复已提交的事务操作，确保数据一致性。
在实际的业务系统中，Undo Log 和 Redo Log 是支撑 MySQL 数据库事务和恢复机制的基础。Undo Log 主要用于撤销未完成或回滚的事务操作，而 Redo Log 则用于保证已提交的事务在系统崩溃时能够得到恢复。