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【PGCCC】PostgreSQL重做日志内幕！如何掌握事务日志记录的“黑魔法”

article 2024/11/15 8:54:57

嘿！大家好，今天我们要揭开一个隐藏在PostgreSQL世界中的神秘机制——重做日志（WAL，Write-Ahead Logging）。如果你是刚接触数据库或想进一步深入了解PostgreSQL事务处理的“魔法”，那么你一定不能错过今天的分享。
我们将从事务日志的本质入手，深入挖掘重做日志的关键类、数据结构，以及不同的日志类型，并为你提供一个实际案例，来帮助你理解这个至关重要的数据库功能。相信我，这些知识将改变你对数据库性能和数据完整性的认知！

PostgreSQL中的重做日志到底是什么？

重做日志（WAL）是PostgreSQL实现事务ACID特性的核心技术之一。简单来说，它是一种日志记录机制，用来确保事务在数据库崩溃时能够通过日志恢复数据。这是数据库高可用性和持久性的保障之一。

那么，问题来了，PostgreSQL如何通过WAL保证数据不丢失呢？

核心概念解析

1. 事务日志记录

WAL的工作原理很简单：当你执行一个事务时，PostgreSQL会先将这个事务的修改记录到重做日志中，而不是直接修改数据文件。只有当这些日志被写入磁盘后，事务才会真正被提交。这就确保了即使在系统崩溃时，PostgreSQL也可以通过这些日志来恢复数据。

为什么要先写日志再写数据？

这是WAL的“提前写入”策略（Write-Ahead Logging），它确保了在发生崩溃时，数据库可以通过重做日志将未完成的事务恢复，从而保持数据一致性。

2. 关键类与数据结构

WAL的设计中有几个重要的类和数据结构需要了解，尤其是当你打算深挖数据库的底层架构时。

XLogInsert(): 这是一个非常重要的函数，负责将WAL条目插入到日志文件中。
XLogRecord: 每个WAL条目都被封装在一个XLogRecord结构中，包含了事务ID、操作类型、操作数据等信息。
Log Sequence Number（LSN）:每个WAL条目都会分配一个唯一的序列号，用来标记其在日志中的位置。LSN在恢复时尤为重要，它帮助系统识别哪些事务需要重做。

3. WAL日志类型

PostgreSQL的重做日志有多种类型，每种类型对应不同的操作。

Insert日志：记录数据插入操作，内容包括插入行的详细信息。
Update日志：记录数据更新操作，包括旧数据和新数据的对比。
Delete日志：记录删除操作，删除的行会写入日志以便重做。
Commit日志：记录事务的提交，表明该事务已经完成。

当数据库发生崩溃时，PostgreSQL会根据这些日志重做未完成的事务，确保数据的一致性和完整性。

实际案例：PostgreSQL中的重做日志是如何工作的？

现在我们来看看实际环境中PostgreSQL如何通过WAL来确保事务的安全。

假设你正在运行一个电商网站，某用户正进行一次在线购买交易。这个交易涉及多个步骤：检查库存、减库存、生成订单、支付等等。

BEGIN;
-- 步骤1：检查库存
SELECT quantity FROM products WHERE product_id = 1;
-- 步骤2：减库存
UPDATE products SET quantity = quantity - 1 WHERE product_id = 1;
-- 步骤3：生成订单
INSERT INTO orders (user_id, product_id, quantity, order_date) VALUES (1, 1, 1, NOW());
-- 步骤4：记录支付
INSERT INTO payments (order_id, payment_status, amount) VALUES (currval('orders_id_seq'), 'PAID', 100);
COMMIT;