爱炫耀的数据库老头儿

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1.数据库老头儿

我们这个世界很大， 生活着很多人，形形色色，各怀绝技。但是被公认为最拽的一个却是数据库老头儿，年龄挺大，每天都要炫耀几遍他那关系型数据库， 那理论有着多么坚实的数学基础，那关系运算是多么地优雅，事务管理是多么强大，还有他是多么地稳定， 要不怎么他怎么能活这么久等等。

老头儿有他拽的资本，因为我们这个系统的核心数据都是在老头儿那里存放着， 例如用户了，订单了，交易了…… 我向别人打听过， 这些数据已经在老头儿那里积累了20多年了， 最早的时候是Dephi, PowerBuider 这些上古的软件写的系统访问， 后来慢慢转到互联网，先用PHP访问， 再后来变为Java。

看来最宝贵的东西是数据， 外界系统可以变， 但是数据不能丢， 老头儿守着这份财产，生生地熬死了一代人，估计还会再熬死一代人。

2.事务

这一天老头儿又在那里一边喝酒，一边“吹嘘” 他的事务管理，说些ACID之类我们都听不懂的外国话， 和数据库经常打交道的是年轻的小伙子Tomcat, 对于老头儿，他比我们多了解那么一点点。

Tomcat端了一杯啤酒来到老头儿桌前：“嗨，老头儿，我知道你说的事务有个重要的特性：原子性，就是说在一个事务中不管有多少操作，都是要么全做，要么全不做，是这样吧!”

“那是自然!”

“我很好奇，在执行的操作过程中，如果还没做完系统就崩溃了，或者断电了，你怎么办啊? 你怎么保证原子性?”

听到Tomcat问了一个关键的问题，酒馆里的CPU阿甘， Ngnix, Spring, MyBatis 都围了过来，都想听听老头儿的高见 。

“如果我还没做完，系统就崩溃了，那系统重启以后我就得做恢复操作啊。”

“怎么恢复啊? ” Tomcat 穷追不舍。

“你举个例子，我给你分析分析 ” 老头环顾四周，看到人们都围了上来，也来了一点兴致 ， “光讲理论，这些小朋友们怎么听得懂?”

“好啊， 比如旺财有200块钱， 小强有50 块钱，现在旺财要给小强转账，假设转100块吧， 你说说，你是怎么实现要么不做，要么全做的。 ”

(1) 开始事务 T1 (假设T1是个事务的内部编号)

(2) 旺财余额 = 旺财余额 -100

(3) 小强余额 = 小强余额 + 100

(4) 提交事务 T1

CPU阿甘插了一嘴说： “虽然这些都是我在做计算，但是这些计算结果都是先存在内存中的， 内存那家伙一断电啥都忘了， 如果第三步还没执行完就断电了， 那不就完蛋了。”

数据库老头儿说： “虽然数据先在内存中被计算出来， 但是我是要写入硬盘的数据库文件的，知道不? ”

“你的数据缓冲区是啥意思?” 人群里有人问道。

“老土! 连数据缓冲区都不知道! 我告诉你吧， 那个硬盘啊速度太慢了，比内存慢个几万倍，你说我能每次操作都去写硬盘吗? 绝对不可能，所以CPU阿甘计算出的数据我会放到数据缓冲区里， 我会在合适的时候把数据缓冲区的内容写入硬盘的数据文件。 ”

“什么合适的时候?”

“那是我的缓冲管理器要做的事情了，想听吗? 我再花两天给你讲讲!”

3.Undo 日志

“算了算了， 我们还是先假定数据缓冲区能和硬盘的数据文件同步吧， 回到刚才的问题，旺财在给小强转账， 第二步执行完了，旺财的余额变成了100块 (200-100)， 假设已经写入了硬盘文件， 现在断电了， 小强的余额有没有加上，系统的钱白白消失了100块， 数据已经不一致了， 你怎么办?” Tomcat把话题转移回来。

“放心吧， 我会记录日志的，我有个叫做Undo的日志文件，就是为了解决这个问题的” 老头儿喝了一口酒 ，准备开始放大招 “比如你说的情况， 我会在我的日志文件中记录下事务开始之前的他俩账号余额：

[事务T1, 旺财原有余额 ， 200]

[事务T1, 小强原有余额， 50 ]

如果事务执行到一半，就断电了，那数据库重启以后我就根据undo的日志文件来恢复。”

“嗯，那要是系统恢复的过程中又断电了，还得再次恢复，那数据岂不变得一团糟? ” CPU阿甘对断电心有余悸。

“对啊对啊”， 周边的人附和到。

“你们这些年轻人啊， 还是too simple, 你们仔细想想，即使我把旺财的余额和小强的余额恢复了100次，会有什么结果?”

“如果每次都试图把旺财的余额设为200， 小强余额设为50， 做多少次都没问题， 因为他俩原来的余额就是那么多 !” Tomcat恍然大悟。

“这就叫做操作的幂等性，知道不? 我可以一直做恢复，恢复过程中断电也不怕，只要把恢复做完就行。” 老头儿看到时机一到，立刻上升为理论。

“恢复数据的时候， 那你怎么才能知道一个事务没有完成呢?”　Tomcat接着问道。

数据库老头儿对这个问题似乎很满意， 专门花点时间写了几行字：

[开始事务 T1]

[事务T1, 旺财原有余额，200]

[事务T1, 小强原有余额，50]

[提交事务 T1]

“Undo日志文件中不仅仅只有余额， 事务的开始和结束也会记录，如果我在日志文件中看到了[提交事务 T1], 或者 [回滚事务 T1], 我就知道这个事务已经结束，不用再去理会它了， 更不用去恢复。 如果我只看到 [开始事务 T1], 而找不到提交或回滚，那我就得恢复。比如下面这个：”

[开始事务 T1]

[事务T1, 旺财原有余额，200]

[事务T1, 小强原有余额，50]

“特别是，” 老头补充道， “ 我恢复以后， 需要在日志文件中加上一行 [回滚事务 T1] ， 这样下一次恢复我就不用再考虑T1这个事务了。”

4独门绝技

“不对吧， 你这个Undo日志文件会面临和数据文件一样的问题， 都是需要加载到内存才能读写， 要不然会太慢。 那要是连日志文件还没写好就断电了，那不还是玩完?”　Ngnix 目光如炬，向深层次挖掘。

这是个绝佳的问题，大家纷纷把目光杀向数据库老头儿，希望这一次能把他打翻在地。

老头儿镇定自若，没有回答，反而给大家抛出一个问题：“你们想想，我什么时候应该记录Undo日志，什么时候把Undo日志写入文件呢?”

“事务一开始的时候就得把Undo日志写入文件， 这样最安全!”

老头儿笑了笑说： “蠢材! 一开始的时候我都不知道程序到底要操作那个字段，怎么记录Undo日志，怎么写入硬盘文件? ”

“那怎么办啊? ”

“这就是我的独门秘籍了， 我给大家举个例子， 你们可要看仔细了, 我把日志记录也放到了内存的Undo日志缓冲区，伺机写入硬盘。”

“不知道你们这些小朋友看出一点门道儿没有?”　老头儿问道。

“让我想想”　Ngnix说， “如果系统在第4步和第5步之间崩溃，旺财的余额写入了硬盘，但是小强的还没写入， 那Undo日志看起来是这样的：

[开始事务 T1]

[事务T1, 旺财原有余额，200]

由于找不到事务结束的日志， 你会进行恢复操作， 把旺财的原有余额给恢复了。 ”

Tomcat 接过来说：“如果是在第7步和第8步之间系统崩溃，旺财和小强的最新余额都写入了硬盘，但是没有提交事务， 那Undo日志看起来是这样的：

[开始事务 T1]

[事务T1, 旺财原有余额，200]

[事务T1, 小强原有余额，50]

由于没有事务结束的日志，你也需要进行恢复，把旺财和小强的原有余额恢复成200和50 ”

CPU阿甘也不甘示弱说： “如果是在第8步和第9步之间系统崩溃， 旺财和小强的最新余额都写入了硬盘， 也提交了事务， 但是提交事务的操作没有写入Undo 日志， 所以Undo日志还是这样：”

[开始事务 T1]

[事务T1, 旺财原有余额，200]

[事务T1, 小强原有余额，50]

由于没有事务结束的日志，你还得需要进行恢复，把旺财和小强的原有余额恢复成200和50”

数据库老头笑眯眯的听着大家的分析，似乎非常的享受： “是不是可以应付各种情况啊? 啊?”

大家纷纷点头，佩服无比。

Tomcat都不叫老头儿，改称为老先生了： “ 老先生， 好像是有什么内在的规律，您给说说!”

数据库老头儿无比得意， 兴致勃勃地说， “这就是我的独门秘籍了， 其实很简单了， 就两条：

1. 在你把最新余额写入硬盘之前， 一定要先把相关的Undo日志记录写入硬盘。 例如[事务T1, 旺财原有余额，200] 一定要在旺财的新余额=100写入硬盘之前写入。

2. [提交事务 T1] 这样的Undo日志记录一定要在所有的新余额写入硬盘之后再写入。 有了这两条的保证，我就可以高枕无忧了!， 比如说，换个操作次序也没有问题：”

 【本文为专栏作者“刘欣”的原创稿件，转载请通过作者微信公众号coderising获取授权】

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