面试题：MariaDB两阶段提交机制如何保证数据的一致性与持久性

Question

在MariaDB的两阶段提交机制下，分析它是怎样确保数据在各种异常情况下（如系统崩溃、网络故障）依然能保持一致性与持久性的。

Answer 1

1. 第一阶段：准备阶段（Prepare）
   • 日志记录：当一个事务开始执行修改操作时，InnoDB存储引擎会将这些修改操作记录到重做日志（redo log）和回滚日志（undo log）中。重做日志用于崩溃恢复，确保已提交事务的修改在重启后能重新应用；回滚日志用于事务回滚，撤销未提交事务的修改。
   • 预提交：在这个阶段，所有参与事务的存储引擎（如InnoDB）会准备提交事务，向协调者（通常是数据库内核）发送“准备好”的消息。存储引擎会将事务相关的日志写入磁盘，确保日志的持久性。这一步骤确保了即使在后续出现故障，事务的修改也不会丢失，因为重做日志已持久化。
2. 第二阶段：提交阶段（Commit）
   • 协调者决策：如果协调者收到所有参与者的“准备好”消息，它会决定提交事务。协调者会将事务的提交记录写入二进制日志（binlog），二进制日志记录了数据库的逻辑修改，用于主从复制和数据恢复。这一步是确保持久性和一致性的关键，因为二进制日志记录了最终的事务结果。
   • 通知提交：协调者向所有参与者发送“提交”消息。参与者收到“提交”消息后，会将事务标记为已提交，并清理相关的回滚日志（因为不需要回滚了）。如果在这一过程中出现网络故障，参与者在故障恢复后会通过查询协调者（或通过内部机制判断，如基于日志分析）来确定事务的最终状态。
3. 异常处理
   • 系统崩溃：
     • 崩溃恢复：当系统崩溃后重启，InnoDB存储引擎会根据重做日志进行崩溃恢复。它会检查重做日志中的事务记录，将已提交但未完全应用的事务重新应用，确保数据的一致性。对于未完成的事务（即没有在二进制日志中记录提交的事务），会根据回滚日志进行回滚，撤销未提交的修改。
   • 网络故障：
     • 参与者视角：如果参与者在收到“提交”消息前网络故障，在故障恢复后，它会通过与协调者重新通信（例如使用心跳机制或特定的恢复协议）来确定事务的最终状态。如果协调者确认事务已提交，参与者会完成提交操作；如果事务未提交，参与者会根据回滚日志回滚事务。
     • 协调者视角：如果协调者在发送“提交”消息过程中网络故障，它在恢复后会重新向未确认收到“提交”消息的参与者发送“提交”消息，确保所有参与者最终状态一致。同时，协调者基于二进制日志的记录可以准确判断事务的提交状态，即使部分参与者在网络故障期间有不同步的情况，也能在故障恢复后协调一致。