MYSQL之 GroupCommit

组提交(group commit)是MYSQL处理日志的一种优化方式，主要为了解决写日志时频繁刷磁盘的问题。组提交伴随着MYSQL的发展不断优化，从最初只支持redo log 组提交，到目前5.6官方版本同时支持redo log 和binlog组提交。组提交的实现大大提高了mysql的事务处理性能，下文将以innodb 存储引擎为例，详细介绍组提交在各个阶段的实现原理。

redo log的组提交

WAL(Write-Ahead-Logging)是实现事务持久性的一个常用技术，基本原理是在提交事务时，为了避免磁盘页面的随机写，只需要保证事务的redo log写入磁盘即可，这样可以通过redo log的顺序写代替页面的随机写，并且可以保证事务的持久性，提高了数据库系统的性能。虽然WAL使用顺序写替代了随机写，但是，每次事务提交，仍然需要有一次日志刷盘动作，受限于磁盘IO，这个操作仍然是事务并发的瓶颈。

组提交思想是，将多个事务redo log的刷盘动作合并，减少磁盘顺序写。Innodb的日志系统里面，每条redo log都有一个LSN(Log Sequence Number)，LSN是单调递增的。每个事务执行更新操作都会包含一条或多条redo log，各个事务将日志拷贝到log_sys_buffer时(log_sys_buffer 通过log_mutex

保护)，都会获取当前最大的LSN，因此可以保证不同事务的LSN不会重复。那么假设三个事务Trx1,Trx2和Trx3的日志的最大LSN分别为LSN1,LSN2,LSN3(LSN1<LSN2<LSN3)，它们同时进行提交，那么如果Trx3日志先获取到log_mutex进行落盘，它就可以顺便把[LSN1---LSN3]这段日志也刷了，这样Trx1和Trx2就不用再次请求磁盘IO。组提交的基本流程如下：

1. 获取 log_mutex
2. 若flushed_to_disk_lsn>=lsn，表示日志已经被刷盘,跳转5
3. 若 current_flush_lsn>=lsn，表示日志正在刷盘中，跳转5后进入等待状态
4. 将小于LSN的日志刷盘(flush and sync)
5. 退出log_mutex

备注：lsn表示事务的lsn，flushed_to_disk_lsn和current_flush_lsn分别表示已刷盘的LSN和正在刷盘的LSN。

redo log 组提交优化

我们知道，在开启binlog的情况下，prepare阶段，会对redo log进行一次刷盘操作(innodb_flush_log_at_trx_commit=1)，确保对data页和undo 页的更新已经刷新到磁盘；commit阶段，会进行刷binlog操作(sync_binlog=1),并且会对事务的undo log从prepare状态设置为提交状态(可清理状态)。通过两阶段提交方式(innodb_support_xa=1)，可以保证事务的binlog和redo log顺序一致。二阶段提交过程中，mysql_binlog作为协调者，各个存储引擎和mysql_binlog作为参与者。故障恢复时，扫描最后一个binlog文件(在flush阶段，判断binlog是否超过阀值，进行rotate binlog文件，rotate的binlog文件中对应的事务一定是已经提交的，处于prepared的事务的binlog还没有刷进来，因为还没进入ordered_commit函数)，提取其中的xid；重做检查点以后的redo日志，读取事务的undo段信息，搜集处于prepare阶段的事务链表，将事务的xid与binlog中的xid对比，若存在，则提交，否则就回滚。

通过上述的描述可知，每个事务提交时，都会触发一次redo flush动作，由于磁盘读写比较慢，因此很影响系统的吞吐量。淘宝童鞋做了一个优化，将prepare阶段的刷redo动作移到了commit(flush-sync-commit)的flush阶段之前，保证刷binlog之前，一定会刷redo。这样就不会违背原有的故障恢复逻辑。移到commit阶段的好处是，可以不用每个事务都刷盘，而是leader线程帮助刷一批redo。如何实现，很简单，因为log_sys->lsn始终保持了当前最大的lsn，只要我们刷redo刷到当前的log_sys->lsn，就一定能保证，将要刷binlog的事务redo日志一定已经落盘。通过延迟写redo方式，实现了redo log组提交的目的，而且减少了log_sys->mutex的竞争。目前这种策略已经被官方mysql5.7.6引入。

两阶段提交

在单机情况下，redo log组提交很好地解决了日志落盘问题，那么开启binlog后，binlog能否和redo log一样也开启组提交？首先开启binlog后，我们要解决的一个问题是，如何保证binlog和redo log的一致性。因为binlog是Master-Slave的桥梁，如果顺序不一致，意味着Master-Slave可能不一致。MYSQL通过两阶段提交很好地解决了这一问题。Prepare阶段，innodb刷redo log，并将回滚段设置为Prepared状态，binlog不作任何操作；commit阶段，innodb释放锁，释放回滚段，设置提交状态，binlog刷binlog日志。出现异常，需要故障恢复时，若发现事务处于Prepare阶段，并且binlog存在则提交，否则回滚。通过两阶段提交，保证了redo log和binlog在任何情况下的一致性。

binlog的组提交

回到上节的问题，开启binlog后，如何在保证redo log-binlog一致的基础上，实现组提交。因为这个问题，5.6以前，mysql在开启binlog的情况下，无法实现组提交，通过一个臭名昭著的prepare_commit_mutex，将redo log和binlog刷盘串行化，串行化的目的也仅仅是为了保证redo log-Binlog一致，但这种实现方式牺牲了性能。这个情况显然是不能容忍的，因此各个mysql分支，mariadb，facebook，perconal等相继出了补丁改进这一问题，mysql官方版本5.6也终于解决了这一问题。由于各个分支版本解决方法类似，我主要通过分析5.6的实现来说明实现方法。

binlog组提交的基本思想是，引入队列机制保证innodb commit顺序与binlog落盘顺序一致，并将事务分组，组内的binlog刷盘动作交给一个事务进行，实现组提交目的。binlog提交将提交分为了3个阶段，FLUSH阶段，SYNC阶段和COMMIT阶段。每个阶段都有一个队列，每个队列有一个mutex保护，约定进入队列第一个线程为leader，其他线程为follower，所有事情交由leader去做，leader做完所有动作后，通知follower刷盘结束。binlog组提交基本流程如下：

FLUSH 阶段

1)      持有Lock_log mutex [leader持有，follower等待]

2)      获取队列中的一组binlog(队列中的所有事务)

3)      将binlog buffer到I/O cache

4)      通知dump线程dump binlog

SYNC阶段

1)      释放Lock_log mutex，持有Lock_sync mutex[leader持有，follower等待]

2)      将一组binlog 落盘(sync动作，最耗时，假设sync_binlog为1)

COMMIT阶段

1)      释放Lock_sync mutex，持有Lock_commit mutex[leader持有，follower等待]

2)      遍历队列中的事务，逐一进行innodb commit

3)      释放Lock_commit mutex

4)      唤醒队列中等待的线程

说明：由于有多个队列，每个队列各自有mutex保护，队列之间是顺序的，约定进入队列的一个线程为leader，因此FLUSH阶段的leader可能是SYNC阶段的follower，但是follower永远是follower。

通过上文分析，我们知道MYSQL目前的组提交方式解决了一致性和性能的问题。通过二阶段提交解决一致性，通过redo log和binlog的组提交解决磁盘IO的性能。下面我整理了Prepare阶段和Commit阶段的框架图供各位参考。

参考文档

http://mysqlmusings.blogspot.com/2012/06/binary-log-group-commit-in-mysql-56.html

http://www.lupaworld.com/portal.php?mod=view&aid=250169&page=all

http://www.oschina.net/question/12_89981

http://kristiannielsen.livejournal.com/12254.html

http://blog.chinaunix.net/uid-26896862-id-3432594.html

http://www.csdn.net/article/2015-01-16/2823591