`Binlog`（`二进制日志`）的`底层`格式：`ROW`、`STATEMENT`和`MIXED`格式的`区别`与`优劣`。

好的，我们开始今天的讲座。今天的主题是MySQL Binlog的底层格式：ROW、STATEMENT和MIXED格式的区别与优劣。

Binlog概述

在深入了解三种格式之前，我们首先要明确Binlog的作用。Binlog，全称Binary Log，即二进制日志，是MySQL数据库中用于记录所有更改数据的语句的日志文件。它主要用于以下几个方面：

• 数据备份与恢复： 通过Binlog，可以将数据库恢复到某个特定的时间点。
• 主从复制： 主服务器将Binlog发送给从服务器，从服务器通过重放Binlog中的事件来保持与主服务器的数据同步。
• 审计： 记录所有的数据变更，用于审计目的。

Binlog格式直接影响日志记录的内容和效率，进而影响数据备份、恢复和复制的性能。

三种Binlog格式详解

MySQL提供了三种Binlog格式：STATEMENT、ROW和MIXED。每种格式都有其独特的记录方式和适用场景。

1. STATEMENT格式

• 记录方式： STATEMENT格式记录的是SQL语句本身。也就是说，Binlog中存储的是执行的SQL语句。

• 优点：

  • 日志量小： 相对于ROW格式，STATEMENT格式通常产生的日志量更小，尤其是在执行大量数据更新的SQL语句时。
  • 易于理解： Binlog内容可读性强，可以直接看到执行的SQL语句。

• 缺点：

  • 不确定性： 某些SQL语句（如包含NOW()、RAND()等函数的语句）在不同时间执行或在主从服务器上执行可能会产生不同的结果，导致数据不一致。
  • 复制的风险： 存储过程、触发器等包含不确定性操作的语句，在复制时可能出现问题。

• 适用场景：

  • 对数据一致性要求不高，且需要减少Binlog大小的场景。
  • 不使用或很少使用不确定性函数、存储过程和触发器的场景。

• 示例：

  假设执行以下SQL语句：

  UPDATE products SET price = price * 1.1 WHERE category = 'Electronics';

  在STATEMENT格式下，Binlog会记录类似以下的语句：

  UPDATE products SET price = price * 1.1 WHERE category = 'Electronics';

• 问题演示：

  考虑一个包含NOW()函数的SQL语句：

  INSERT INTO orders (order_date) VALUES (NOW());

  如果主服务器在10:00:00执行该语句，从服务器在10:00:01执行该语句，那么主从服务器上的order_date值将不同。

2. ROW格式

• 记录方式： ROW格式记录的是每一行数据的变更情况，包括修改前和修改后的值。

• 优点：

  • 数据一致性： 能够保证主从服务器的数据一致性，即使SQL语句包含不确定性函数或存储过程。
  • 安全性： 避免了STATEMENT格式下由于SQL语句执行环境不同导致的问题。

• 缺点：

  • 日志量大： 相对于STATEMENT格式，ROW格式产生的日志量通常更大，尤其是在执行大量数据更新的SQL语句时。
  • 可读性差： Binlog内容可读性较差，不容易直接理解数据的变更情况。

• 适用场景：

  • 对数据一致性要求高的场景。
  • 使用了大量不确定性函数、存储过程和触发器的场景。
  • 需要保证主从服务器数据完全一致的场景。

• 示例：

  假设products表包含以下数据：

  id	name	price	category
  1	Laptop	1000	Electronics
  2	Keyboard	50	Electronics

  执行以下SQL语句：

  UPDATE products SET price = price * 1.1 WHERE category = 'Electronics';

  在ROW格式下，Binlog会记录类似以下的事件：

  Table: products
  
  ### ROW 1
  ###   @1=1
  ###   @2='Laptop'
  ###   @3=1000
  ###   @4='Electronics'
  ###
  ### UPDATE
  ###   @1=1
  ###   @2='Laptop'
  ###   @3=1100  <-- 修改后的价格
  ###   @4='Electronics'
  
  ### ROW 2
  ###   @1=2
  ###   @2='Keyboard'
  ###   @3=50
  ###   @4='Electronics'
  ###
  ### UPDATE
  ###   @1=2
  ###   @2='Keyboard'
  ###   @3=55  <-- 修改后的价格
  ###   @4='Electronics'

• 分析：

  ROW格式详细记录了每一行数据的修改前和修改后的值。尽管日志量较大，但能保证数据的一致性。

3. MIXED格式

• 记录方式： MIXED格式是STATEMENT和ROW格式的混合使用。MySQL会根据具体的SQL语句选择合适的格式。通常情况下，对于确定性的SQL语句使用STATEMENT格式，对于不确定性的SQL语句使用ROW格式。

• 优点：

  • 兼顾日志量和数据一致性： 在保证数据一致性的前提下，尽量减少Binlog的大小。
  • 灵活性： 能够根据不同的SQL语句选择最佳的记录方式。

• 缺点：

  • 复杂性： 需要MySQL服务器进行判断，增加了服务器的开销。
  • 难以预测： 不容易确定哪些语句会以STATEMENT格式记录，哪些语句会以ROW格式记录。

• 适用场景：

  • 对数据一致性有一定要求，但同时也需要控制Binlog大小的场景。
  • 希望在数据一致性和性能之间取得平衡的场景。

• 示例：

  假设执行以下两条SQL语句：

  UPDATE products SET price = price * 1.1 WHERE category = 'Electronics'; -- (1)
  INSERT INTO orders (order_date) VALUES (NOW()); -- (2)

  在MIXED格式下，语句(1)可能会以STATEMENT格式记录（如果MySQL认为它是确定性的），语句(2)会以ROW格式记录（因为它包含NOW()函数）。

• 分析：

  MIXED格式旨在根据SQL语句的特性选择最佳的记录方式，从而在日志大小和数据一致性之间取得平衡。

配置Binlog格式

可以通过修改MySQL的配置文件（my.cnf或my.ini）来设置Binlog格式。

[mysqld]
log_bin = mysql-bin  # 启用Binlog
binlog_format = ROW   # 设置Binlog格式为ROW

或者，可以使用以下SQL语句动态设置Binlog格式：

SET GLOBAL binlog_format = 'ROW';

代码示例：使用Python解析Binlog

可以使用Python的mysql-replication库来解析Binlog。

from pymysqlreplication import BinLogStreamReader
import pymysql

# MySQL连接配置
mysql_settings = {
    "host": "localhost",
    "port": 3306,
    "user": "your_user",
    "passwd": "your_password",
    "db": "your_database"
}

# 创建连接
conn = pymysql.connect(**mysql_settings)

# 获取当前Binlog文件名和位置
cur = conn.cursor()
cur.execute("SHOW MASTER STATUS")
result = cur.fetchone()
binlog_filename = result[0]
binlog_position = result[1]
cur.close()

# 创建Binlog流读取器
stream = BinLogStreamReader(
    connection_settings=mysql_settings,
    server_id=100,  # 必须唯一
    log_file=binlog_filename,
    log_pos=binlog_position,
    only_schemas=["your_database"] # 可选：只监听特定数据库
)

# 循环读取Binlog事件
try:
    for event in stream:
        for row in event.rows:
            if isinstance(event, pymysqlreplication.row_event.UpdateRowsEvent):
                print("Update event")
                print("before:", row["before_values"])
                print("after:", row["after_values"])
            elif isinstance(event, pymysqlreplication.row_event.DeleteRowsEvent):
                print("Delete event")
                print("values:", row["values"])
            elif isinstance(event, pymysqlreplication.row_event.WriteRowsEvent):
                print("Insert event")
                print("values:", row["values"])

except KeyboardInterrupt:
    pass
finally:
    stream.close()
    conn.close()

示例分析

这段代码演示了如何使用mysql-replication库连接到MySQL服务器，并从指定的Binlog文件和位置开始读取Binlog事件。代码会打印出UpdateRowsEvent、DeleteRowsEvent和WriteRowsEvent事件中包含的数据变更信息。 注意替换代码中的 your_user, your_password, your_database，并且确保server_id 在你的MySQL环境中是唯一的。

三种格式的对比表格

特性	STATEMENT	ROW	MIXED
记录内容	SQL语句	行数据的变更情况	SQL语句和行数据的变更情况（混合）
日志量	小	大	适中
数据一致性	低（可能存在不确定性）	高（保证数据一致性）	中（取决于SQL语句的类型）
可读性	高	低	中
适用场景	对数据一致性要求不高，需要减少日志量的场景	对数据一致性要求高的场景	在数据一致性和性能之间取得平衡的场景
复杂性	低	低	高
性能开销	低	高	中
安全性	低	高	中

如何选择合适的Binlog格式

选择合适的Binlog格式取决于具体的应用场景和需求。

• 数据一致性至关重要： 选择ROW格式。
• Binlog大小是主要考虑因素： 选择STATEMENT格式。
• 需要在数据一致性和Binlog大小之间取得平衡： 选择MIXED格式。

在实际应用中，建议优先考虑ROW或MIXED格式，以保证数据的一致性。如果Binlog大小成为问题，可以考虑使用其他优化手段，如定期清理Binlog文件、减少不必要的SQL操作等。

深入理解ROW格式的优化

虽然ROW格式提供了最佳的数据一致性，但其日志量大的问题也需要考虑。以下是一些优化ROW格式Binlog大小的策略：

1. 只记录需要的列： MySQL 5.6 及更高版本支持只记录变更的列。可以通过设置 binlog_row_image 参数为 MINIMAL来实现。 这样可以显著减少ROW格式的日志大小。

   SET GLOBAL binlog_row_image = 'MINIMAL';

2. 减少不必要的索引： 过多的索引会增加ROW格式的日志量，因为每次数据变更都需要更新索引。 仔细评估索引的使用情况，删除不必要的索引。

3. 批量操作： 尽量使用批量操作（例如，INSERT INTO ... VALUES (..), (..), (..)）来减少Binlog事件的数量。 多个单行操作会产生多个Binlog事件，而一个批量操作只会产生一个。

4. 压缩Binlog： MySQL 5.7 及更高版本支持Binlog压缩。 可以通过设置 binlog_compression 参数为 ON 来启用Binlog压缩。

   SET GLOBAL binlog_compression = ON;

示例： binlog_row_image = MINIMAL 的效果

假设 products 表的结构如下：

CREATE TABLE products (
  id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(255),
  price DECIMAL(10, 2),
  description TEXT,
  category VARCHAR(255)
);

如果执行以下更新语句：

UPDATE products SET price = 1200.00 WHERE id = 1;

• binlog_row_image = FULL (默认)： Binlog会记录所有列的变更前后的值，包括 id, name, price, description, category。即使只有 price 列发生了变化。

• binlog_row_image = MINIMAL： Binlog只会记录发生变化的 price 列以及用于定位行的 id 列。 这可以显著减少Binlog的大小。

关于GTID

无论选择哪种Binlog格式，都建议启用GTID（Global Transaction Identifier）。GTID是MySQL 5.6引入的全局事务ID，它为每个事务分配一个唯一的ID，可以简化主从复制的管理，并提供更强的数据一致性保证。

简述三种格式的特点与权衡

STATEMENT格式日志量小，但数据一致性风险较高；ROW格式保证数据一致性，但日志量较大；MIXED格式试图在两者之间找到平衡。 在实际应用中，ROW和MIXED格式更受欢迎。 充分理解每种格式的优缺点，并根据实际需求进行选择，才能最大限度地发挥Binlog的作用。