MySQL事物原理及事务隔离级别

mysql事物

事务是访问数据库的一个操作序列，数据库应用系统通过事务集来完成对数据库的存取。事务的正确执行使得数据库从一种状态转换为另一种状态。

事务必须服从ISO/IEC所制定的ACID原则。ACID是原子性（atomicity）、一致性（consistency）、隔离性（isolation）、持久性（durability）的缩写，这四种状态的意思是：

1、原子性

即不可分割，事务要么全部被执行，要么全部不执行。如果事务的所有子事务全部提交成功，则所有的数据库操作被提交，数据库状态发生变化；如果有子事务失败，则其他子事务的数据库操作被回滚，即数据库回到事务执行前的状态，不会发生状态转换

2、一致性

事务的执行使得数据库从一种正确状态转换成另外一种正确状态

3、隔离性

在事务正确提交之前，不允许把事务对该数据的改变提供给任何其他事务，即在事务正确提交之前，它可能的结果不应该显示给其他事务

4、持久性

事务正确提交之后，其结果将永远保存在数据库之中，即使在事务提交之后有了其他故障，事务的处理结果也会得到保存

ACID 实现原理

首先介绍一下 MySQL 的事务日志。MySQL 的日志有很多种，如二进制日志、错误日志、查询日志、慢查询日志等。

此外 InnoDB 存储引擎还提供了两种事务日志：

redo log(重做日志)

undo log(回滚日志)

其中 redo log 用于保证事务持久性;undo log 则是事务原子性和隔离性实现的基础。

原子性：

InnoDB 实现回滚，靠的是 undo log：

当事务对数据库进行修改时，InnoDB 会生成对应的 undo log。如果事务执行失败或调用了 rollback，导致事务需要回滚，便可以利用 undo log 中的信息将数据回滚到修改之前的样子。undo log 属于逻辑日志，它记录的是 sql 执行相关的信息。当发生回滚时，InnoDB 会根据 undo log 的内容做与之前相反的工作：

对于每个 insert，回滚时会执行 delete。对于每个 delete，回滚时会执行 insert。对于每个 update，回滚时会执行一个相反的 update，把数据改回去。以 update 操作为例：当事务执行 update 时，其生成的 undo log 中会包含被修改行的主键(以便知道修改了哪些行)、修改了哪些列、这些列在修改前后的值等信息，回滚时便可以使用这些信息将数据还原到 update 之前的状态。

持久性：

持久性是指事务一旦提交，它对数据库的改变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不应该对其有任何影响。

redo log 和 undo log 都属于 InnoDB 的事务日志。下面先聊一下 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(这一过程称为刷脏)。Buffer Pool 的使用大大提高了读写数据的效率，但是也带来了新的问题：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：

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。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。redo log 与 binlog

我们知道，在 MySQL 中还存在 binlog(二进制日志)也可以记录写操作并用于数据的恢复，但二者是有着根本的不同的。

作用不同：

redo log 是用于 crash recovery 的，保证 MySQL 宕机也不会影响持久性;binlog 是用于 point-in-time recovery 的，保证服务器可以基于时间点恢复数据，此外 binlog 还用于主从复制。层次不同：

redo log 是 InnoDB 存储引擎实现的，而 binlog 是 MySQL 的服务器层(可以参考文章前面对 MySQL 逻辑架构的介绍)实现的，同时支持 InnoDB 和其他存储引擎。内容不同：

redo log 是物理日志，内容基于磁盘的 Page。binlog 是逻辑日志，内容是一条条 sql。写入时机不同：

redo log 的写入时机相对多元。前面曾提到，当事务提交时会调用 fsync 对 redo log 进行刷盘;这是默认情况下的策略，修改 innodb_flush_log_at_trx_commit 参数可以改变该策略，但事务的持久性将无法保证。除了事务提交时，还有其他刷盘时机：如 master thread 每秒刷盘一次 redo log 等，这样的好处是不一定要等到 commit 时刷盘，commit 速度大大加快。

binlog 在事务提交时写入。

隔离性：

与原子性、持久性侧重于研究事务本身不同，隔离性研究的是不同事务之间的相互影响。

隔离性是指事务内部的操作与其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。

严格的隔离性，对应了事务隔离级别中的 Serializable(可串行化)，但实际应用中出于性能方面的考虑很少会使用可串行化。

隔离性追求的是并发情形下事务之间互不干扰。简单起见，我们仅考虑最简单的读操作和写操作(暂时不考虑带锁读等特殊操作)。

那么隔离性的探讨，主要可以分为两个方面：

(一个事务)写操作对(另一个事务)写操作的影响：锁机制保证隔离性。

(一个事务)写操作对(另一个事务)读操作的影响：MVCC 保证隔离性。

事务的作用

事务管理对于企业级应用而言至关重要，它保证了用户的每一次操作都是可靠的，即便出现了异常的访问情况，也不至于破坏后台数据的完整性。就像银行的自动提款机ATM，通常ATM都可以正常为客户服务，但是也难免遇到操作过程中及其突然出故障的情况，此时，事务就必须确保出故障前对账户的操作不生效，就像用户刚才完全没有使用过ATM机一样，以保证用户和银行的利益都不受损失。

事务隔离级别

数据库事务的隔离级别有4种，由低到高分别为Read uncommitted 、Read committed 、Repeatable read 、Serializable 。而且，在事务的并发操作中可能会出现脏读，不可重复读，幻读。下面通过事例一一阐述它们的概念与联系。

Read uncommitted

读未提交，顾名思义，就是一个事务可以读取另一个未提交事务的数据。

事例：老板要给程序员发工资，程序员的工资是3.6万/月。但是发工资时老板不小心按错了数字，按成3.9万/月，该钱已经打到程序员的户口，但是事务还没有提交，就在这时，程序员去查看自己这个月的工资，发现比往常多了3千元，以为涨工资了非常高兴。但是老板及时发现了不对，马上回滚差点就提交了的事务，将数字改成3.6万再提交。

分析：实际程序员这个月的工资还是3.6万，但是程序员看到的是3.9万。他看到的是老板还没提交事务时的数据。这就是脏读。

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那怎么解决脏读呢？Read committed！读提交，能解决脏读问题。

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Read committed

读提交，顾名思义，就是一个事务要等另一个事务提交后才能读取数据。

事例：程序员拿着信用卡去享受生活（卡里当然是只有3.6万），当他埋单时（程序员事务开启），收费系统事先检测到他的卡里有3.6万，就在这个时候！！程序员的妻子要把钱全部转出充当家用，并提交。当收费系统准备扣款时，再检测卡里的金额，发现已经没钱了（第二次检测金额当然要等待妻子转出金额事务提交完）。程序员就会很郁闷，明明卡里是有钱的…

分析：这就是读提交，若有事务对数据进行更新（UPDATE）操作时，读操作事务要等待这个更新操作事务提交后才能读取数据，可以解决脏读问题。但在这个事例中，出现了一个事务范围内两个相同的查询却返回了不同数据，这就是不可重复读。

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那怎么解决可能的不可重复读问题？Repeatable read ！

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Repeatable read

重复读，就是在开始读取数据（事务开启）时，不再允许修改操作

事例：程序员拿着信用卡去享受生活（卡里当然是只有3.6万），当他埋单时（事务开启，不允许其他事务的UPDATE修改操作），收费系统事先检测到他的卡里有3.6万。这个时候他的妻子不能转出金额了。接下来收费系统就可以扣款了。

分析：重复读可以解决不可重复读问题。写到这里，应该明白的一点就是，不可重复读对应的是修改，即UPDATE操作。但是可能还会有幻读问题。因为幻读问题对应的是插入INSERT操作，而不是UPDATE操作。

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什么时候会出现幻读？

事例：程序员某一天去消费，花了2千元，然后他的妻子去查看他今天的消费记录（全表扫描FTS，妻子事务开启），看到确实是花了2千元，就在这个时候，程序员花了1万买了一部电脑，即新增INSERT了一条消费记录，并提交。当妻子打印程序员的消费记录清单时（妻子事务提交），发现花了1.2万元，似乎出现了幻觉，这就是幻读。

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那怎么解决幻读问题？Serializable！

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Serializable 序列化

Serializable 是最高的事务隔离级别，在该级别下，事务串行化顺序执行，可以避免脏读、不可重复读与幻读。但是这种事务隔离级别效率低下，比较耗数据库性能，一般不使用。

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值得一提的是：大多数数据库默认的事务隔离级别是Read committed，比如Sql Server , Oracle。Mysql的默认隔离级别是Repeatable read。

tips：

在事务中，每个正确的原子操作都会被顺序执行，直到遇到错误的原子操作，此时事务会将之前的操作进行回滚。回滚的意思是如果之前是插入操作，那么会执行删 除插入的记录，如果之前是update操作，也会执行update操作将之前的记录还原

因此，正确的原子操作是真正被执行过的。是物理执行。

在当前事务中确实能看到插入的记录。最后只不过删除了。但是AUTO_INCREMENT不会应删除而改变值。

为什么auto_increament没有回滚？

因为innodb的auto_increament的计数器记录的当前值是保存在存内存中的，并不是存在于磁盘上，当mysql server处于运行的时候，这个计数值只会随着insert改增长，不会随着delete而减少。而当mysql server启动时，当我们需要去查询auto_increment计数值时，mysql便会自动执行：SELECT MAX(id) FROM 表名 FOR UPDATE;语句来获得当前auto_increment列的最大值，然后将这个值放到auto_increment计数器中。所以就算 Rollback MySQL的auto_increament计数器也不会作负运算。