再读simpledb 之 事务管理的实现（2）

2、恢复管理

2.1 日志的语义实现

前面在Log底层实现提到，Log只负责日志在字节粒度上的实现，并不知晓日志的语义信息。日志的语义信息由恢复管理器来实现。

图1 恢复管理器下日志记录类图

LogRecord作为一个抽象了，定义了所有日志记录的基本接口；系统提供了6种不同的日志类型{CHECKPOINT，START，COMMIT，ROLLBACK，SETINT，SETSTRING}。其中SETINT和SETSTRING是真正向日志文件中写入查询操作等相关的数据，而CHECKPOINT，START，COMMIT，ROLLBACK则是为数据库恢复，向日志文件中加入的辅助信息。

这里着重说下LogRecord中的undo。

以SetInt为例，看下实现的代码：

图2 SetInt下undo方法代码

反做，就是用日志记录中保存的旧值，替换替换指定位置的新值。

有两个地方要注意：

1) –1 假LSN 系统在写入数据的时候，同时生成一条日志记录，但是LSN为-1的时候，这条日志记录只能是临时记录，不会保存到磁盘，参见下面的代码。

图3 LSN为-1的日志记录

2) val 这个val在SetIntRecord对象建立的时候被初始化。SetIntRecord的构造函数有两个：

public SetIntRecord(int txnum, Block blk, int offset, int val)；// 创建一条新的SetIntRecord记录

public SetIntRecord(BasicLogRecord rec)                            // 通过一条不含语义的字节记录，包装出一个带语义的日志记录

显然，第二个构造函数得到的对象中，val一定是旧值

图4 RecoverMgr的SetInt方法

同样，val是旧值。

这样就印证了SetIntRecord中undo的作用，将对应数据复原成旧值，同时不生成新的日志记录。

2.2 恢复算法

标准的ARIES恢复算法：

1) 先写日志；

2) 重做，重现历史，然后反做，撤销未完成事务；

3) 日志记录反做操作，避免反做“反做”的操作；

simpledb实现了一个变种的恢复算法：只反做的恢复算法

算法的一个前提条件是：在事务提交的时候，强行将缓存中的数据写入磁盘 这样在恢复的时候，不需要利用日志完成重做的过程；跳过ARIES算法的重做步骤；也就不需要保存更新过的日志记录的新值

与标准的ARIES算法比较，这样的好处是：a、日志更小； b、恢复更快

坏处是：事务提交变慢了

所以说，这种只反做的恢复算法，适合系统不稳定，经常需要恢复的情境；当恢复很少发生时，优点不明显，而且提交效率太低，也就不适合了。

接下来，通过代码，看下这种算法的实现。

> commit()：

图5 事务提交

先flushAll，将事务相关的缓存片全部写入磁盘，然后，写入事务提交标记日志记录

> rollback()：

图6 rollback方法

首先将当前事务关联的脏页写入磁盘，然后回滚事务，恢复当前事务的所有操作，在日志文件中添加一条ROLLBACK的记录，并直接刷如磁盘。

通过doRollBack可以看到回滚的实现细节：

从日志文件倒序回溯，只查看当前事务相关的日志记录，直到遇到START停止，否则，反做该记录。

前面提到，六种日志记录中，只有SetIntRecord和SetStringRecord的undo有实际动作，由于OO的多态特性，此处的rec.undo(txnum)在当记录为SETINT和SETSTRING的时候，隐式调用了这两个的undo，以SetIntRecord为例，在这种情况下，用的构造函数是“public SetIntRecord(BasicLogRecord rec)”，就是从日志中读出旧值，然后复位到原来的位置上。

------------特别地说下--------------

通过事务完成数据写入和必要时事务回滚复原数据，这是两个相反又有些对称的操作，这里提前看下事务的写数据操作：

图7 Transaction的SetInt方法

先利用recoveryMgr创建日志，后写入数据；看前面的图4，RecoveryMgr的SetInt方法，实际上，没有用newval做任何的操作，只是把newval要写入的地反原来保存的oldval读出来，保存到日志中。

这与前面SetIntRecord中的undo，读出日志中的oldval，复位到指定位置，覆盖newval，回滚事务，恢复旧状态，正好是相反的一个过程

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> recover()：

所有的恢复操作，前面提到的只反做的恢复算法，都在这个方法中实现。

将所有脏数据写入磁盘，然后开始恢复：

1) 维护一个已完成事务的列表 finishedTx

2) 倒序扫描日志文件：

           a) 如果遇到COMMIT标记，则该日志记录对应事务已经完成，不用反做，将txnum加入finishedTx

           b) 如果遇到ROLLBACK标记，则该日志记录对应事务已经反做过，相当于事务什么都没做，不需要再反做，将txnum加入finishedTx

           c) 如果遇到CHECKPOINT标记，则表明自前次系统恢复以来，所有的事务或被反做，或被持久化，本次恢复结束

           d) 如果日志记录的txnum不再finishedTx列表中，表明该日志记录对应的事务被中断，需要反做

恢复完成后，在日志记录末尾写入一条CHECKPOINT记录，标记本次恢复操作。本条记录立即写入磁盘。

图8 recover方法