解释Postgre预写日志。

封面图 • 2025-11-26 • PostgreSQL

PostgreSQL 的 **预写日志（Write-Ahead Logging，简称 WAL）** 是 PostgreSQL 数据库中用于保证数据一致性和持久性的重要机制。它在事务处理、崩溃恢复和复制等过程中起着关键作用。

---

## 🔐 什么是 WAL？

WAL 是一种数据库技术，其核心思想是：

> **在修改任何数据之前，先将这些修改记录到一个日志文件中。**

也就是说，当一个事务要修改数据库中的某些数据时，**首先将这些修改操作写入 WAL 日志文件，然后再将这些修改应用到实际的数据文件中。**

---

## ✅ WAL 的作用

1. **保证事务的原子性和持久性（ACID 特性）**
   - 在事务提交前，所有修改都必须先写入 WAL。
   - 即使系统崩溃，也可以通过 WAL 恢复未完成的事务或已提交的事务。

2. **支持崩溃恢复**
   - 如果数据库崩溃，可以通过重放 WAL 中的记录来恢复数据到崩溃前的状态。
   - 这个过程称为 **Redo Recovery**（重做恢复）。

3. **支持主从复制（流复制）**
   - WAL 可以被发送到从服务器（standby server），用于实现数据同步和高可用。

4. **点对点恢复（PITR, Point-in-Time Recovery）**
   - 通过 WAL 和基础备份，可以恢复到任意时间点的数据状态。

---

## 📂 WAL 的结构

- **WAL 文件**：每个 WAL 文件通常大小为 16MB 或 64MB（取决于配置）。
- **WAL 记录**：每条记录包含一个事务的修改信息（如插入、更新、删除等）。
- **WAL 日志序列号（LSN）**：唯一标识每个 WAL 记录的位置。

---

## 🔄 WAL 的工作流程

1. **事务开始**：
   - 用户发起一个事务。

2. **写入 WAL 日志**：
   - 在事务执行过程中，所有的修改操作都会被记录到 WAL 日志中。
   - 这些日志记录会先被写入内存缓冲区（`shared_buffers`）。

3. **提交事务**：
   - 当事务提交时，WAL 日志会被刷出（flushed）到磁盘，确保持久化。

4. **刷新数据文件**：
   - 后续异步地将数据文件（如表、索引）进行更新（可能延迟）。

5. **WAL 归档与复制**：
   - WAL 文件可以被归档（用于备份）或复制到其他节点（用于流复制）。

---

## 🧠 WAL 的关键配置参数

| 参数 | 说明 |
|------|------|
| `wal_level` | 控制 WAL 的详细程度（`minimal`, `replica`, `logical`） |
| `checkpoint_segments` / `checkpoint_timeout` | 控制检查点频率 |
| `max_wal_size` / `min_wal_size` | 控制 WAL 文件的最大/最小大小 |
| `archive_mode` | 是否启用 WAL 归档 |
| `archive_command` | 指定 WAL 文件归档命令（如 `cp %p /path/to/archive/`） |

---

## 🔄 WAL 的应用场景

- **崩溃恢复**：数据库重启时自动恢复未提交的事务。
- **逻辑复制**：通过逻辑解码（如 `pgoutput`）读取 WAL 并复制到其他数据库。
- **物理复制**：使用 WAL 文件进行主从同步。
- **PITR（时间点恢复）**：结合基础备份和 WAL 日志恢复到特定时间点。

---

## 🧩 举例说明

假设你执行以下 SQL：

```sql
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
COMMIT;
```

这个事务的执行过程如下：

1. 执行 `UPDATE` 语句时，会生成一条 WAL 记录，记录“将 id=1 的账户余额减少 100”。
2. 这条记录被写入 WAL 缓冲区。
3. 当 `COMMIT` 发生时，WAL 记录被写入磁盘。
4. 最后，数据文件（如 `accounts` 表）才会被更新。

如果此时数据库崩溃，重启后会从 WAL 中读取这条记录，并重新执行该更新操作，确保数据一致性。

---

## 📚 总结

| 特性 | 说明 |
|------|------|
| **目的** | 保证事务的持久性、支持恢复和复制 |
| **原理** | 先写日志，再写数据 |
| **关键机制** | 检查点、WAL 归档、流复制 |
| **配置参数** | `wal_level`, `checkpoint_segments`, `archive_mode` 等 |
| **应用场景** | 崩溃恢复、主从复制、PITR |

---

如果你有具体的问题（比如如何配置 WAL、如何进行 PITR、WAL 复制的设置等），我可以进一步详细解释。