愛(ài)炫耀的數(shù)據(jù)庫(kù)老頭兒
1.數(shù)據(jù)庫(kù)老頭兒
我們這個(gè)世界很大， 生活著很多人，形形色色，各懷絕技。但是被公認(rèn)為最拽的一個(gè)卻是數(shù)據(jù)庫(kù)老頭兒，年齡挺大，每天都要炫耀幾遍他那關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)， 那理論有著多么堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，那關(guān)系運(yùn)算是多么地優(yōu)雅，事務(wù)管理是多么強(qiáng)大，還有他是多么地穩(wěn)定， 要不怎么他怎么能活這么久等等。
老頭兒有他拽的資本，因?yàn)槲覀冞@個(gè)系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)都是在老頭兒那里存放著， 例如用戶了，訂單了，交易了...... 我向別人打聽(tīng)過(guò)， 這些數(shù)據(jù)已經(jīng)在老頭兒那里積累了20多年了， 最早的時(shí)候是Dephi, PowerBuider 這些上古的軟件寫的系統(tǒng)訪問(wèn)， 后來(lái)慢慢轉(zhuǎn)到互聯(lián)網(wǎng)，先用PHP訪問(wèn)， 再后來(lái)變?yōu)镴ava。
看來(lái)最寶貴的東西是數(shù)據(jù)， 外界系統(tǒng)可以變， 但是數(shù)據(jù)不能丟， 老頭兒守著這份財(cái)產(chǎn)，生生地熬死了一代人，估計(jì)還會(huì)再熬死一代人。
2.事務(wù)
這一天老頭兒又在那里一邊喝酒，一邊“吹噓” 他的事務(wù)管理，說(shuō)些ACID之類我們都聽(tīng)不懂的外國(guó)話， 和數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)常打交道的是年輕的小伙子Tomcat, 對(duì)于老頭兒，他比我們多了解那么一點(diǎn)點(diǎn)。
Tomcat端了一杯啤酒來(lái)到老頭兒桌前：“嗨，老頭兒，我知道你說(shuō)的事務(wù)有個(gè)重要的特性：原子性，就是說(shuō)在一個(gè)事務(wù)中不管有多少操作，都是要么全做，要么全不做，是這樣吧!”
“那是自然!”
“我很好奇，在執(zhí)行的操作過(guò)程中，如果還沒(méi)做完系統(tǒng)就崩潰了，或者斷電了，你怎么辦啊? 你怎么保證原子性?”
聽(tīng)到Tomcat問(wèn)了一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，酒館里的CPU阿甘， Ngnix, Spring, MyBatis 都圍了過(guò)來(lái)，都想聽(tīng)聽(tīng)老頭兒的高見(jiàn) 。
“如果我還沒(méi)做完，系統(tǒng)就崩潰了，那系統(tǒng)重啟以后我就得做恢復(fù)操作啊。”
“怎么恢復(fù)啊? ” Tomcat 窮追不舍。
“你舉個(gè)例子，我給你分析分析 ” 老頭環(huán)顧四周，看到人們都圍了上來(lái)，也來(lái)了一點(diǎn)興致 ， “光講理論，這些小朋友們?cè)趺绰?tīng)得懂?”
“好啊， 比如旺財(cái)有200塊錢， 小強(qiáng)有50 塊錢，現(xiàn)在旺財(cái)要給小強(qiáng)轉(zhuǎn)賬，假設(shè)轉(zhuǎn)100塊吧， 你說(shuō)說(shuō)，你是怎么實(shí)現(xiàn)要么不做，要么全做的。 ”
(1) 開(kāi)始事務(wù) T1 (假設(shè)T1是個(gè)事務(wù)的內(nèi)部編號(hào))
(2) 旺財(cái)余額 = 旺財(cái)余額 -100
(3) 小強(qiáng)余額 = 小強(qiáng)余額 + 100
(4) 提交事務(wù) T1
CPU阿甘插了一嘴說(shuō)： “雖然這些都是我在做計(jì)算，但是這些計(jì)算結(jié)果都是先存在內(nèi)存中的， 內(nèi)存那家伙一斷電啥都忘了， 如果第三步還沒(méi)執(zhí)行完就斷電了， 那不就完蛋了。”
數(shù)據(jù)庫(kù)老頭兒說(shuō)： “雖然數(shù)據(jù)先在內(nèi)存中被計(jì)算出來(lái)， 但是我是要寫入硬盤的數(shù)據(jù)庫(kù)文件的，知道不? ”
“你的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是啥意思?” 人群里有人問(wèn)道。
“老土! 連數(shù)據(jù)緩沖區(qū)都不知道! 我告訴你吧， 那個(gè)硬盤啊速度太慢了，比內(nèi)存慢個(gè)幾萬(wàn)倍，你說(shuō)我能每次操作都去寫硬盤嗎? 絕對(duì)不可能，所以CPU阿甘計(jì)算出的數(shù)據(jù)我會(huì)放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里， 我會(huì)在合適的時(shí)候把數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容寫入硬盤的數(shù)據(jù)文件。 ”
“什么合適的時(shí)候?”
“那是我的緩沖管理器要做的事情了，想聽(tīng)嗎? 我再花兩天給你講講!”
3.Undo 日志
“算了算了， 我們還是先假定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)能和硬盤的數(shù)據(jù)文件同步吧， 回到剛才的問(wèn)題，旺財(cái)在給小強(qiáng)轉(zhuǎn)賬， 第二步執(zhí)行完了，旺財(cái)?shù)挠囝~變成了100塊 (200-100)， 假設(shè)已經(jīng)寫入了硬盤文件， 現(xiàn)在斷電了， 小強(qiáng)的余額有沒(méi)有加上，系統(tǒng)的錢白白消失了100塊， 數(shù)據(jù)已經(jīng)不一致了， 你怎么辦?” Tomcat把話題轉(zhuǎn)移回來(lái)。
“放心吧， 我會(huì)記錄日志的，我有個(gè)叫做Undo的日志文件，就是為了解決這個(gè)問(wèn)題的” 老頭兒喝了一口酒 ，準(zhǔn)備開(kāi)始放大招 “比如你說(shuō)的情況， 我會(huì)在我的日志文件中記錄下事務(wù)開(kāi)始之前的他倆賬號(hào)余額：
[事務(wù)T1, 旺財(cái)原有余額 ， 200]
[事務(wù)T1, 小強(qiáng)原有余額， 50 ]
如果事務(wù)執(zhí)行到一半，就斷電了，那數(shù)據(jù)庫(kù)重啟以后我就根據(jù)undo的日志文件來(lái)恢復(fù)。”
“嗯，那要是系統(tǒng)恢復(fù)的過(guò)程中又?jǐn)嚯娏?，還得再次恢復(fù)，那數(shù)據(jù)豈不變得一團(tuán)糟? ” CPU阿甘對(duì)斷電心有余悸。
“對(duì)啊對(duì)啊”， 周邊的人附和到。
“你們這些年輕人啊， 還是too simple, 你們仔細(xì)想想，即使我把旺財(cái)?shù)挠囝~和小強(qiáng)的余額恢復(fù)了100次，會(huì)有什么結(jié)果?”
“如果每次都試圖把旺財(cái)?shù)挠囝~設(shè)為200， 小強(qiáng)余額設(shè)為50， 做多少次都沒(méi)問(wèn)題， 因?yàn)樗麄z原來(lái)的余額就是那么多 !” Tomcat恍然大悟。
“這就叫做操作的冪等性，知道不? 我可以一直做恢復(fù)，恢復(fù)過(guò)程中斷電也不怕，只要把恢復(fù)做完就行。” 老頭兒看到時(shí)機(jī)一到，立刻上升為理論。
“恢復(fù)數(shù)據(jù)的時(shí)候， 那你怎么才能知道一個(gè)事務(wù)沒(méi)有完成呢?” Tomcat接著問(wèn)道。
數(shù)據(jù)庫(kù)老頭兒對(duì)這個(gè)問(wèn)題似乎很滿意， 專門花點(diǎn)時(shí)間寫了幾行字：
[開(kāi)始事務(wù) T1]
[事務(wù)T1, 旺財(cái)原有余額，200]
[事務(wù)T1, 小強(qiáng)原有余額，50]
[提交事務(wù) T1]
“Undo日志文件中不僅僅只有余額， 事務(wù)的開(kāi)始和結(jié)束也會(huì)記錄，如果我在日志文件中看到了[提交事務(wù) T1], 或者 [回滾事務(wù) T1], 我就知道這個(gè)事務(wù)已經(jīng)結(jié)束，不用再去理會(huì)它了， 更不用去恢復(fù)。 如果我只看到 [開(kāi)始事務(wù) T1], 而找不到提交或回滾，那我就得恢復(fù)。比如下面這個(gè)：”
[開(kāi)始事務(wù) T1]
[事務(wù)T1, 旺財(cái)原有余額，200]
[事務(wù)T1, 小強(qiáng)原有余額，50]
“特別是，” 老頭補(bǔ)充道， “ 我恢復(fù)以后， 需要在日志文件中加上一行 [回滾事務(wù) T1] ， 這樣下一次恢復(fù)我就不用再考慮T1這個(gè)事務(wù)了。”
4獨(dú)門絕技
“不對(duì)吧， 你這個(gè)Undo日志文件會(huì)面臨和數(shù)據(jù)文件一樣的問(wèn)題， 都是需要加載到內(nèi)存才能讀寫， 要不然會(huì)太慢。 那要是連日志文件還沒(méi)寫好就斷電了，那不還是玩完?” Ngnix 目光如炬，向深層次挖掘。
這是個(gè)絕佳的問(wèn)題，大家紛紛把目光殺向數(shù)據(jù)庫(kù)老頭兒，希望這一次能把他打翻在地。
老頭兒鎮(zhèn)定自若，沒(méi)有回答，反而給大家拋出一個(gè)問(wèn)題：“你們想想，我什么時(shí)候應(yīng)該記錄Undo日志，什么時(shí)候把Undo日志寫入文件呢?”
“事務(wù)一開(kāi)始的時(shí)候就得把Undo日志寫入文件， 這樣最安全!”
老頭兒笑了笑說(shuō)： “蠢材! 一開(kāi)始的時(shí)候我都不知道程序到底要操作那個(gè)字段，怎么記錄Undo日志，怎么寫入硬盤文件? ”
“那怎么辦啊? ”
“這就是我的獨(dú)門秘籍了， 我給大家舉個(gè)例子， 你們可要看仔細(xì)了, 我把日志記錄也放到了內(nèi)存的Undo日志緩沖區(qū)，伺機(jī)寫入硬盤。”
“不知道你們這些小朋友看出一點(diǎn)門道兒沒(méi)有?” 老頭兒?jiǎn)柕馈?/p>
“讓我想想” Ngnix說(shuō)， “如果系統(tǒng)在第4步和第5步之間崩潰，旺財(cái)?shù)挠囝~寫入了硬盤，但是小強(qiáng)的還沒(méi)寫入， 那Undo日志看起來(lái)是這樣的：
[開(kāi)始事務(wù) T1]
[事務(wù)T1, 旺財(cái)原有余額，200]
由于找不到事務(wù)結(jié)束的日志， 你會(huì)進(jìn)行恢復(fù)操作， 把旺財(cái)?shù)脑杏囝~給恢復(fù)了。 ”
Tomcat 接過(guò)來(lái)說(shuō)：“如果是在第7步和第8步之間系統(tǒng)崩潰，旺財(cái)和小強(qiáng)的最新余額都寫入了硬盤，但是沒(méi)有提交事務(wù)， 那Undo日志看起來(lái)是這樣的：
[開(kāi)始事務(wù) T1]
[事務(wù)T1, 旺財(cái)原有余額，200]
[事務(wù)T1, 小強(qiáng)原有余額，50]
由于沒(méi)有事務(wù)結(jié)束的日志，你也需要進(jìn)行恢復(fù)，把旺財(cái)和小強(qiáng)的原有余額恢復(fù)成200和50 ”
CPU阿甘也不甘示弱說(shuō)： “如果是在第8步和第9步之間系統(tǒng)崩潰， 旺財(cái)和小強(qiáng)的最新余額都寫入了硬盤， 也提交了事務(wù)， 但是提交事務(wù)的操作沒(méi)有寫入U(xiǎn)ndo 日志， 所以Undo日志還是這樣：”
[開(kāi)始事務(wù) T1]
[事務(wù)T1, 旺財(cái)原有余額，200]
[事務(wù)T1, 小強(qiáng)原有余額，50]
由于沒(méi)有事務(wù)結(jié)束的日志，你還得需要進(jìn)行恢復(fù)，把旺財(cái)和小強(qiáng)的原有余額恢復(fù)成200和50”
數(shù)據(jù)庫(kù)老頭笑瞇瞇的聽(tīng)著大家的分析，似乎非常的享受： “是不是可以應(yīng)付各種情況啊? 啊?”
大家紛紛點(diǎn)頭，佩服無(wú)比。
Tomcat都不叫老頭兒，改稱為老先生了： “ 老先生， 好像是有什么內(nèi)在的規(guī)律，您給說(shuō)說(shuō)!”
數(shù)據(jù)庫(kù)老頭兒無(wú)比得意， 興致勃勃地說(shuō)， “這就是我的獨(dú)門秘籍了， 其實(shí)很簡(jiǎn)單了， 就兩條：
1. 在你把最新余額寫入硬盤之前， 一定要先把相關(guān)的Undo日志記錄寫入硬盤。 例如[事務(wù)T1, 旺財(cái)原有余額，200] 一定要在旺財(cái)?shù)男掠囝~=100寫入硬盤之前寫入。
2. [提交事務(wù) T1] 這樣的Undo日志記錄一定要在所有的新余額寫入硬盤之后再寫入。 有了這兩條的保證，我就可以高枕無(wú)憂了!， 比如說(shuō)，換個(gè)操作次序也沒(méi)有問(wèn)題：”
【本文為51CTO專欄作者“劉欣”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)通過(guò)作者微信公眾號(hào)coderising獲取授權(quán)】
