数据库 2023-07-07

数据库操作必备技能：前滚与回滚详解 (数据库前滚回滚)

在数据库系统中，事务是一个保证数据一致性的重要概念。事务是一组可以被视为单个逻辑实体的操作，这些操作要么全部成功要么全部失败。为了保证数据的一致性，我们需要使用事务来对数据库进行操作。而在进行事务操作时，前滚与回滚是两个非常重要的概念。本文将详细介绍前滚和回滚的定义、作用以及如何使用它们来实现数据库操作的事务安全性。

一、前滚与回滚的定义

1.前滚

前滚（Roll Forward）指的是将数据库系统恢复到某一时刻之后的状态。回滚的操作是将数据库恢复到之前的状态，而前滚则是将数据库恢复到之后的状态。当一个事务成功提交后，数据库系统会保存所有事务的操作日志。在某些情况下，我们需要将数据库回滚到之前的状态，但也有可能需要将数据库恢复到之后的状态。这种情况下，我们就需要使用前滚。

2.回滚

回滚（Rollback）是将数据库恢复到某一时刻之前的状态。当一个事务出现错误或者被撤销时，我们需要将数据库回滚到之前的状态。回滚操作会撤销之前的事务操作，将数据库恢复到之前的状态，确保数据的一致性。

二、前滚与回滚的作用

1.前滚的作用

当出现数据库故障时，我们需要使用前滚操作，将数据库恢复到前一时刻之后的状态。在使用前滚之前，我们需要确保数据库的备份已经完整，并且日志文件不会被破坏。前滚的作用不仅仅是用于数据库故障的恢复，还可以用于数据恢复、备份等方面。

2.回滚的作用

当一个事务失败或被撤销时，我们需要使用回滚来保证数据的一致性。回滚操作可以撤销之前的事务操作，将数据库恢复到之前的状态。回滚的作用不仅仅是保证数据的一致性，还可以用于并发控制、备份等方面。如果一个事务在执行操作时遇到错误或者被撤销，回滚操作可以将数据库恢复到之前的状态，保证数据的完整性和一致性。

三、如何使用前滚和回滚实现数据库操作的事务安全性

前滚和回滚可以帮助我们实现数据库操作的事务安全性，确保数据的完整性和一致性。在进行数据库操作时，我们需要遵循以下步骤：

1.开启事务

在进行数据库操作之前，我们需要开启一个事务。在开启事务时，数据库系统会为每个事务分配一个唯一的标识符（Transaction ID）。开启事务后，所有的操作都将在这个事务中进行。

2.执行操作

在事务中，我们可以对数据库进行操作，包括插入、更新、删除等操作。这些操作会被保存在日志文件中，等待提交或回滚。

3.提交或回滚事务

当所有的操作都完成后，我们需要将事务提交或回滚。如果操作成功完成，我们可以提交事务，将数据更新到数据库中。如果操作失败或者被撤销，我们可以回滚事务，撤销之前的操作，将数据库恢复到之前的状态。

4.关闭事务

在事务提交或回滚后，我们需要关闭事务。关闭事务会释放所有的锁，并将之前的日志文件删除。如果事务成功提交，所有的操作将保存在数据库中；如果事务失败或者被撤销，数据库将恢复到之前的状态。

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前滚和回滚是实现数据库操作事务安全性的重要手段，能够保证数据的完整性和一致性。在进行数据库操作时，我们需要遵循规范的步骤，开启事务、执行操作、提交或回滚事务、关闭事务。只有这样，我们才能保证数据库的操作正确、高效和安全。

相关问题拓展阅读：

sql运行问题？

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数据库运行过程中常见的故障有3类：事物故障、系统故障、介质故障。

恢复策略：

1、事物故障：

发生事务故障时，被迫中断的事务可能已对数据库进行丁修改，为了消除该事务对数据库的影响，要利用日志文件中所记载的信息，强行回滚该事务，将数据库恢复到修改前的初始状态。

为此，要检查日志文件中由这些事务所升谨引起的发生变化的记录，取消这些没有完成的事务所做的一切改变，这吵春基类恢复操作称为事务撤销。

2、系统故障：

系统故障的恢复要完成两方面的工作，既要撤销所有末完成的事务，还要重做所有已提交的事务，这样才能将数据库真正恢复到一致的状态。

3、介质故障：

介质故障比事务故障和系统故障发生的可能性要小，但这是最严重的一种故障，破坏性很大，磁盘上的物理数据和日志文件可能被破坏，这需要装入发生介质故障前最新的后备数据库副本，然后利用日志文件重做该副本后所运行的所有事务。

“数据故障恢复”和“完整森肢性约束”、“并e799bee5baa6e4b893e5b19e发控制”一样，都是数据库数据保护机制中的一种完整性控制。所有的系统都免不了会发生故障，有可能是硬件失灵，有可能是软件系统崩溃，也有可能是其他外界的原因，比如断电等等。

数据库运行的突然中断会使数据库处在一个错误的状态，而且故障排除后没有办法让系统精确地从断点继续执行下去。这就要求DBMS要有一套故障后的数据恢复机构，保证数据库能够回复到一致的、正确地状态去。

1、用户进程提交一条sql语句给服务器进程

SELECT * FROM EMP WHERE EMPNO = 7999

2、服务器进程从用户进程把信息接收到后,在PGA中就要此进程分配所需内存,存储相关的信息,如在会话内存存储相关的登录信息等。

3、服务器进程把这个sql语句的字符转化为ASCII等效数字码,接着这个ASCII码被传递给一个HASH 函数,并返回一个hash 值,然后服务器进程将到shared pool中的library cache中去查找是否存在相同的hash值,如果存在,服务器进程将使用这条语句已在高速缓存在 SHARED POOL 的library cache 中的已分析过的执行计划版本来执行。

4、如果不存在,服务器进程将在CGA中,配合UGA内容对sql,进行语法分析,首先检查语法的正确性,接着对语句中涉及的表,索引,视图等对象进行解析,并对照数据字典检查这些对象的名称以及相关结构，并根据ORACLE 选用的优化模式以及数据字典中是否存在相应对象的统计数据和是否使用了存储大纲来生成一个执行计划或从存储大纲中选用一个执行计划,然后再用数据字典核对此用户对相应对象的执行权限,最后生成一个编译代码。

5、ORACLE 将这条 sql 语句的本身实际文本、HASH 值、编译代码、与此语名相关联的任何统计数据和该语句的执行计划缓存在 SHARED POOL 的 library cache中。服务器进程通过 SHARED POOL 锁存器(shared pool latch)来申请可以向哪些共享 PL/SQL 区中缓存这此内容,也就是说被SHARED POOL 锁存器锁定的 PL/SQL 区中的块不可被覆盖,因为这些块可能被其它进程所使用。

6、在 SQL 分析阶段将用到 LIBRARY CACHE,从数据字典中核对表、视图等结构的时候,需要将数据字典从磁盘读入 LIBRARY CACHE,因此,在读入之前也要使用LIBRARY CACHE 锁存器(library cache pin,library cache lock)来申请用于缓存数据字典。到现在为止,这盯慧腊个 sql 语句已经被编译成可执碧桐行的代码了,但还不知道要操作哪些数据,所以服务器进程还要为这个 sql 准备预处理数据。

7、首先服务器进程要判断所需数据是否在 db buffer 存在,如果存在且可用,则直接获取该数据,同时根据LRU 算法增加其访问计数;如果 buffer不存在所需数据,则要从数据文件上读取首先服务器进程将在表头部请求 TM 锁(保证此事务执行过程其他用户不能修改表的结构),如果成功加 TM 锁,再请求一些行级锁(TX 锁),如果 TM、TX 锁都成功加锁,那么才开始从数据文件读数据,在读数据之前,要先为读取的文件准备好buffer 空间。服务器进程需要扫面 LRU list 寻找 free db buffer,扫描的过程中,服务器进程会把发现的所有已经被凯滑修改过的 db buffer 注册到 dirty list 中, 这些 dirty buffer 会通过 dbwr 的触发条件,随后会被写出到数据文件,找到了足够的空闲 buffer,就可以把请求的数据行所在的数据块放入到 db buffer 的空闲区域或者覆盖已经被挤出 LRU list 的非脏数据块缓冲区,并排列在 LRU list 的头部,也就是在数据块放入 DB BUFFER 之前也是要先申请 db buffer 中的锁存器,成功加锁后,才能读数据到 db buffer。

8、记日志现在数据已经被读入到db buffer了,现在服务器进程将该语句所影响的并被读入db buffer 中的这些行数据的 rowid 及要更新的原值和新值及 scn 等信息从 PGA 逐条的写入 redo log buffer 中。在写入 redo log buffer 之前也要事先请求 redo log buffer 的锁存器,成功加锁后才开始写入,当写入达到 redo log buffer 大小的三分之一或写入量达到 1M 或超过三秒后或发生检查点时或者 dbwr 之前发生,都会触发lgwr进程把redo log buffer 的数据写入磁盘上的 redo file 文件中(这个时候会产生log file sync 等待事件)已经被写入 redofile 的 redo log buffer 所持有的锁存器会被释放,并可被后来的写入信息覆盖,redo log buffer是循环使用的。Redo file 也是循环使用的,当一个 redo file 写满后,lgwr 进程会自动切换到下一 redo file(这个时候可能出现 log fileswitch(checkpoint complete)等待事件)。如果是归档模式,归档进程还要将前一个写满的 redo file 文件的内容写到归档日志文件中(这个时候可能出现 log file switch(archiving needed)。

9、为事务建立回滚段在完成本事务所有相关的 redo log buffer 之后,服务器进程开始改写这个 db buffer的块头部事务列表并写入 scn,然后 copy 包含这个块的头部事务列表及 scn 信息的数据副本放入回滚段中,将这时回滚段中的信息称为数据块的前映像 , 这个前映像用于以后的回滚、恢复和一致性读。(回滚段可以存储在专门的回滚表空间中,这个表空间由一个或多个物理文件组成,并专用于回滚表空间,回滚段也可在其它表空间中的数据文件中开辟。

10、本事务修改数据块准备工作都已经做好了,现在可以改写 db buffer 块的数据内容了,并在块的头部写入回滚段的地址。

11、放入 dirty list 如果一个行数据多次 update 而未 commit,则在回滚段中将会有多个前映像除了之一个前映像含有scn信息外,其他每个前映像的头部都有scn信息和前前映像回滚段地址。一个update 只对应一个scn,然后服务器进程将在 dirty list中建立一条指向此db buffer 块的指针(方便 dbwr 进程可以找到 dirty list 的 db buffer 数据块并写入数据文件中)。接着服务器进程会从数据文件中继续读入第二个数据块,重复前一数据块的动作,数据块的读入、记日志、建立回滚段、修改数据块、放入 dirty list。当 dirty queue 的长度达到阀值(一般是 25%),服务器进程将通知dbwr 把脏数据写出,就是释放 db buffer 上的锁存器,腾出更多的 free db buffer。前面一直都是在说明oracle 一次读一个数据块,其实 oracle 可以一次读入多个数据块(db_file_multiblock_read_count 来设置一次读入块的个数)

12、在预处理的数据已经缓存在 db buffer 或刚刚被从数据文件读入到 db buffer 中,就要根据 sql 语句的类型来决定接下来如何操作。

（1）如果是 select 语句,则要查看 db buffer 块的头部是否有事务,如果有事务,则从回滚段中读取数据;如果没有事务,则比较 select 的 scn 和 db buffer 块头部的 scn,如果前者小于后者,仍然要从回滚段中读取数据;如果前者大于后者,说明这是一非脏缓存,可以直接读取这个 db buffer 块的中内容。

（2）如果是 DML 操作,则即使在 db buffer 中找到一个没有事务,而且 SCN 比自己小的非脏缓存数据块,服务器进程仍然要到表的头部对这条记录申请加锁,加锁成功才能进行后续动作,如果不成功,则要等待前面的进程解锁后才能进行动作(这个时候阻塞是 tx 锁阻塞)。用户 commit 或 rollback 到现在为止,数据已经在 db buffer 或数据文件中修改完成,但是否要永久写到数文件中,要由用户来决定 commit(保存更改到数据文件) rollback 撤销数据的更改)。

如果用户执行 commit 命令：

只有当 sql 语句所影响的所有行所在的最后一个块被读入 db buffer 并且重做信息被写入 redo log buffer(仅指日志缓冲区,而不包括日志文件)之后,用户才可以发去 commit 命令,commit 触发 lgwr 进程,但不强制立即 dbwr来释放所有相应 db buffer 块的锁(也就是no-force-at-commit,即提交不强制写),也就是说有可能虽然已经 commit 了,但在随后的一段时间内 dbwr 还在写这条 sql 语句所涉及的数据块。表头部的行锁并不在 commit 之后立即释放,而是要等 dbwr 进程完成之后才释放,这就可能会出现一个用户请求另一用户已经 commit 的资源不成功的现象。

A、从 Commit 和 dbwr 进程结束之间的时间很短,如果恰巧在 commit 之后,dbwr 未结束之前断电,因为commit 之后的数据已经属于数据文件的内容,但这部分文件没有完全写入到数据文件中。所以需要前滚。由于 commit 已经触发 lgwr,这些所有未来得及写入数据文件的更改会在实例重启后,由 on 进程根据重做日志文件来前滚,完成之前 commit 未完成的工作(即把更改写入数据文件)。

B、如果未 commit 就断电了,因为数据已经在 db buffer 更改了,没有 commit,说明这部分数据不属于数据文件,由于 dbwr 之前触发 lgwr 也就是只要数据更改,(肯定要先有 log) 所有 DBWR,在数据文件上的修改都会被先一步记入重做日志文件,实例重启后,ON 进程再根据重做日志文件来回滚。其实 on 的前滚回滚是根据检查点来完成的,当一个全部检查点发生的时候,首先让 LGWR 进程将redo log buffer 中的所有缓冲(包含未提交的重做信息)写入重做日志文件,然后让 dbwr 进程将 db buffer 已提交的缓冲写入数据文件(不强制写未提交的)。然后更新控制文件和数据文件头部的 SCN,表明当前数据库是一致的,在相邻的两个检查点之间有很多事务,有提交和未提交的。像前面的前滚回滚比较完整的说法是如下的说明:

AA、发生检查点之前断电,并且当时有一个未提交的改变正在进行,实例重启之后,ON 进程将从上一个检查点开始核对这个检查点之后记录在重做日志文件中已提交的和未提交改变,因为dbwr 之前会触发 lgwr,所以 dbwr 对数据文件的修改一定会被先记录在重做日志文件中。因此,断电前被DBWN 写进数据文件的改变将通过重做日志文件中的记录进行还原,叫做回滚。

BB. 如果断电时有一个已提交,但 dbwr 动作还没有完全完成的改变存在,因为已经提交,提交会触发 lgwr进程,所以不管 dbwr 动作是否已完成,该语句将要影响的行及其产生的结果一定已经记录在重做日志文件中了,则实例重启后,ON 进程根据重做日志文件进行前滚.实例失败后用于恢复的时间由两个检查点之间的间隔大小来决定,可以通个四个参数设置检查点执行的频率:

Log_checkpoint_interval:

决定两个检查点之间写入重做日志文件的系统物理块(redo blocks)的大小,默认值是 0,无限制。

log_checkpoint_timeout:

两个检查点之间的时间长度（秒）默认值 1800s。

fast_start_io_target:

决定了用于恢复时需要处理的块的多少,默认值是 0,无限制。

fast_start_mttr_target:

直接决定了用于恢复的时间的长短,默认值是 0,无限制(ON 进程执行的前滚和回滚与用户的回滚是不同的,ON 是根据重做日志文件进行前滚或回滚,而用户的回滚一定是根据回滚段的内容进行回滚的。在这里要说一下回滚段存储的数据,假如是 delete 操作,则回滚段将会记录整个行的数据,假如是 update,则回滚段只记录被修改了的字段的变化前的数据(前映像),也就是没有被修改的字段是不会被记录的,假如是insert,则回滚段只记录插入记录的 rowid。这样假如事务提交,那回滚段中简单标记该事务已经提交;假如是回退,则如果操作是 delete,回退的时候把回滚段中数据重新写回数据块,操作如果是 update,则把变化前数据修改回去,操作如果是 insert,则根据记录的 rowid 把该记录删除。

如果用户 rollback:

则服务器进程会根据数据文件块和 DB BUFFER 中块的头部的事务列表和 SCN 以及回滚段地址找到回滚段中相应的修改前的副本,并且用这些原值来还原当前数据文件中已修改但未提交的改变。如果有多个前映像服务器进程会在一个前映像的头部找到前前映像的回滚段地址,一直找到同一事务下的最早的一个前映像为止。一旦发出了COMMIT,用户就不能rollback,这使得 COMMIT 后 DBWR 进程还没有全部完成的后续动作得到了保障。到现在为例一个事务已经结束了。

本篇文章会分析下一个 sql 语句在 MySQL 中的执行流程，包括 sql 的查询在 MySQL 内部会怎么流转，sql 语句的更新是怎么完成的。

在分析之前我会先带着你看看 MySQL 的基础架构，知道了 MySQL 由那些组件组成以及这些组件的作用是什么，可以帮助我们理解和解决这些问题。

一 MySQL 基础架构分析

MySQL 基本架构毕租概览

下图是 MySQL 的一个简手竖兆要架构图，从下图你可以很清晰的看到用户的 SQL 语句在 MySQL 内部是如何执行的。

先简单介绍一下下图涉及的一些组件的基本作用帮助大家理解这幅图，在 1.2 节中会详细介绍到这些组件的作用。

连接器：身份认证和权限相关(登录 MySQL 的时候)。

查询缓存：执行查询语句的时候，会先查询缓存（MySQL 8.0 版本后移除，因为这个功能不太实用）。

分析器：没有命中缓存的话，SQL 语句就会经过分析器，分析器说白了就是要先看你的 SQL 语句要干嘛，再检查你的 SQL 语句语法是否正确。

优化器：按照 MySQL 认为更优的纤竖方案去执行。