个人MySQL的事务特性原理学习笔记总结

目录

• 个人MySQL的事务特性原理笔记总结
  • 一、基础概念
    • 2. 事务控制语句
    • 3. 事务特性
  • 二、原子性
    • 1. 原子性定义
    • 2. 实现
  • 三、持久性
    • 1. 定义
    • 2. 实现
    • 3. redo log存在的背景
  • 四、隔离性
    • 1. 定义
    • 2. 锁机制
  • 五、一致性
    • 1. 定义
    • 2. 实现
  • 参考文献

个人MySQL的事务特性原理笔记总结

​ 事务Transaction是数据库区别于文件系统的重要特性之一，也是MySQL等关系型数据库区别于NoSQL数据库的重要方面。本文会先介绍事务的4个特性，然后讲解每个特性在MySQL中的实现原理。过程中有不对的地方，欢迎读者指出矫正与探讨。

一、基础概念

	### 1. 事务定义

​ 根据MySQL官网介绍：

​ 参考 https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/glossary.html#glos_acid

​ Transactions are atomic units of work that can be committed or rolled back. When a transaction makes multiple changes to the database, either all the changes succeed when the transaction is committed, or all the changes are undone when the transaction is rolled back.

​ 事务是可以提交 或回退的原子工作单元。当事务对数据库进行多次更改时，要么在提交事务后所有更改成功，要么在回滚事务后撤消所有更改。

2. 事务控制语句

• START TRANSACTION | BEGIN：显示地开启一个事务。
• COMMIT：也可以写成COMMIT WORK，会提交事务，修改数据会写入redo日志进行持久化。
• ROLLBACK：回滚会结束用户的事务，并撤销在该事务中已经修改的数据。

3. 事务特性

​ 事务具体有四个特性ACID，严格来说，事务一定要同时满足这4个特性。但是不同的数据库厂商会在这个定义上有所调整。例如在MYSQL中，也只有InnoDB存储引擎完全满足ACID，像MyISAM存储引擎就完全不支持事务。ACID是以下4个词的缩写：

• 原子性（atomicity）
• 一致性（consistency）
• 隔离性（isolation）
• 持久性（durability）

​ 如无特殊说明，后文中描述的内容都是基于InnoDB存储引擎。

二、原子性

1. 原子性定义

​ 原子性指一个事务是数据库中不可分割的工作单位。只有事务中的所有操作CRUD都执行成功，才算整个事务成功。事务中的任何一个SQL语句执行失败，已经执行成功的SQL语句也必须撤销，数据库状态应该回到执行事务前的状态。

2. 实现

​ 在说明实现原理之前，先介绍一下MySQL的事务日志。MySQL的日志有很多种，比如：二进制日志、查询日志、慢查询日志、错误日志。此外InnoDB存储引擎还提供了两种事务日志：redo log(重做日志)和undo log(回滚日志)。其中redo log用于保证事务数据的持久化，undo log用于事务的回滚以及MVCC机制。

​ 说回undo log，实现原子性的保证，是当事务回滚时能够撤销该事务中已经执行成功的所有SQL语句。undo log 能够保证原子性在于：当事务对数据库进行数据修改、删除、增加操作时，会产生对应的undo log日志，这样如果事务或者语句由于某种原因失败了，又或者执行了ROLLBACK语句请求回滚，就可以利用这些undo信息将数据回滚到修改之前的样子。

​ undo是逻辑日志，会记录事务中执行的SQL语句。当InnoDB存储引擎回滚时，它会根据undo log的中事务的语句，执行相反的SQL语句。对于每个INSERT，InnoDB存储引擎会完成一个DELETE；对于每个DELETE，InnoDB存储引擎会执行一个INSERT；对于每个UPDATE，InnoDB存储引擎会执行一个相反的UPDATE，将修改前的行修改回去。

​ MySQL在information_schema数据库下添加一张数据字典表为INNODB_TRX_UNDO，用来记录事务对应的undo log。该字典表会记录当前事务的这些信息：事务ID、回滚事务ID、插入类型、参与的表ID、发生变化的数据信息等.这样在需要会根据对应信息进行回滚。

三、持久性

1. 定义

​ 事务一旦提交，其结果就是永久性的。即使发生宕机等故障，数据库也能将数据恢复。

2. 实现

​ 持久性的实现依赖于上面提到的另一个事务日志：redo log日志，也叫重做日志。重做日志由两部分组成：一个是内存中的重做日志缓冲redo log buffer，它是易失的；二是重做日志文件，redo log file，它是持久的。

​ InnoDB是事务的存储引擎，其通过Force Log at Commit机制实现事务的持久性。当对数据库进行修改时，会将执行的语句先添加到redo log buffer中，当事务提交COMMIT时，InnoDB存储引擎会将redo log buffer的日志写入到redo log日志中进行持久化。同时还会进行一次fsync操作，可以确保重做日志写入磁盘。

3. redo log存在的背景

​ InnoDB作为MySQL的存储引擎，数据是存放在磁盘中的，但如果每次读写数据都需要磁盘IO，效率会很低。为此，InnoDB提供了缓存(Buffer Pool)，Buffer Pool中包含了磁盘中部分数据页的映射，作为访问数据库的缓冲：当从数据库读取数据时，会首先从Buffer Pool中读取，如果Buffer Pool中没有，则从磁盘读取后放入Buffer Pool；当向数据库写入数据时，会首先写入Buffer Pool，Buffer Pool中修改的数据会定期刷新到磁盘中（这一过程称为脏页刷新）。

​ Buffer Pool的使用大大提高了读写数据的效率，但是也带了新的问题：如果MySQL宕机，而此时Buffer Pool中修改的数据还没有刷新到磁盘，就会导致数据的丢失，事务的持久性无法保证。

​ 于是，redo log被引入来解决这个问题：当数据修改时，除了修改Buffer Pool中的数据，还会在redo log记录这次操作；当事务提交时，会调用fsync接口对redo log进行刷盘。如果MySQL宕机，重启时可以读取redo log中的数据，对数据库进行恢复。redo log采用的是WAL（Write-ahead logging，预写式日志），所有修改先写入日志，再更新到Buffer Pool，保证了数据不会因MySQL宕机而丢失，从而满足了持久性要求。

​ 既然redo log也需要在事务提交时将日志写入磁盘，为什么它比直接将Buffer Pool中修改的数据写入磁盘(即刷脏)要快呢？主要有以下两方面的原因：

1. 刷脏是随机IO，因为每次修改的数据位置随机，但写redo log是追加操作，属于顺序IO。
2. 刷脏是以数据页（Page）为单位的，MySQL默认页大小是16KB，一个Page上一个小修改都要整页写入；而redo log中只包含真正需要写入的部分，无效IO大大减少。

附上一张InnoDB内存数据对象图

四、隔离性

1. 定义

​ 事务的隔离性是指__事务内的数据库操作与其他事务是隔离的，即该事务提交前对其他事务都不可见，事务间的操作是相互不影响的。__

2. 锁机制

​ 隔离性的原理主要依赖锁来完成。可以参考我的另一篇文章 https://www.cnblogs.com/process-h/p/14173838.html

五、一致性

1. 定义

​ 一致性是指__事务将数据库从一种状态转变为下一种一致的状态。__在事务开始之前和事务结束以后，数据库的完整性约束没有被破坏。比如说在表中有一个姓名字段，是唯一约束（即姓名不可重复），这时有个事务对姓名字段做了修改，但是事务提交或回滚后，姓名字段变得非唯一了，那这就破坏了事务的一致性要求。

2. 实现

​ 一致性也是事务追求的最终目的：__前面提到的原子性、持久性和隔离性，都是为了保证数据库状态的一致性。__不过，仅仅靠数据库来实现一致性还不够，也需要应用层面提供保障,比如在涉及转账业务时，A账户转出100，B账户入账100这2步需要一起完成，而不能只从A账户转出100.

参考文献

《深入浅出MySQL》

《MySQL技术内幕：InnoDB存储引擎》

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/mysql-acid.html

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/innodb-multi-versioning.html

https://www.cnblogs.com/kismetv/p/10331633.html#!comments