mysql怎样实现事务

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mob64ca13ff9303 2024-12-14 22:12:15

文章标签 mysql怎样实现事务后端 java 面试数据 文章分类 MySQL 数据库

事务的原子性是指：一个事务中的多个操作都是不可分割的，只能是全部执行成功、或者全部执行失败。

MySQL事务的原子性是通过undo log来实现的。undo log是InnoDB存储引擎特有的。具体的实现机制是：将所有对数据的修改（增、删、改）都写入日志（undo log）。

undo log是逻辑日志，可以理解为：记录和事务操作相反的SQL语句，事务执行insert语句，undo log就记录delete语句。

它以追加写的方式记录日志，不会覆盖之前的日志。除此之外undo log还用来实现数据库多版本并发控制（Multiversion Concurrency Control，简称MVCC）。

如果一个事务中的一部分操作已经成功，但另一部分操作，由于断电/系统崩溃/其它的软硬件错误而无法成功执行，则通过回溯日志，将已经执行成功的操作撤销，从而达到全部操作失败的目的。

2.2 持久性

事务的持久性是指：一个事务对数据的所有修改，都会永久地保存在数据库中。

MySQL事务的持久性是通过redo log来实现的。redo log也是InnoDB存储引擎特有的。具体实现机制是：当发生数据修改（增、删、改）的时候，InnoDB引擎会先将记录写到redo log中，并更新内存，此时更新就算完成了。同时InnoDB引擎会在合适的时机将记录刷到磁盘中。

redo log是物理日志，记录的是在某个数据页做了什么修改，而不是SQL语句的形式。它有固定大小，是循环写的方式记录日志，空间用完后会覆盖之前的日志。

undo log和redo log并不是直接写到磁盘上的，而是先写入log buffer。再等待合适的时机同步到OS buffer，再由操作系统决定何时刷到磁盘，具体过程如下：

mysql怎样实现事务_mysql怎样实现事务

既然undo log和redo log都是从log buffer 到 OS buffer，再到磁盘。所以中途还是有可能因为断电/硬件故障等原因导致日志丢失。为此MySQL提供了三种持久化方式:这里有一个参数 innodb_flush_log_at_trx_commit，这个参数主要控制InnoDB将log buffer中的数据写入OS buffer，并刷到磁盘的时间点，取值分别为0，1，2，默认是1。这三个值的意思如下图所示：

mysql怎样实现事务_数据_02

首先查看MySQL默认设置的方式1，也就是每次提交后直接写入OS buffer，并且调用系统函数fsync()把日志写到磁盘上。就保证数据一致性的角度来说，这种方式无疑是最安全的。但是我们都知道，安全大多数时候意味着效率偏低。每次提交都直接写入OS buffer并且写到磁盘，无疑会导致单位时间内IO的次数过多而效率低下。除此之外，还有方式0和方式2。基本上都是每秒写入磁盘一次，所以效率都比方式1更高。但是方式0是把数据先写入log buffer再写入OS buffer再写入磁盘，而方式2是直接写入OS buffer，再写入磁盘，少了一次数据拷贝的过程（从log buffer到OS buffer），所以方式2比方式0更加高效。

了解了undo log和redo log的作用和实现机制之后，那么这两个日志具体是怎么让数据库从异常的状态恢复到正常状态的呢？

数据库系统崩溃后重启，此时数据库处于不一致的状态，必须先执行一个crash recovery的过程：首先读取redo log，把成功提交但是还没来得及写入磁盘的数据重新写入磁盘，保证了持久性。再读取undo log将还没有成功提交的事务进行回滚，保证了原子性。crash recovery结束后，数据库恢复到一致性状态，可以继续被使用。

2.3 隔离性

数据库事务的隔离性是指：多个事务并发执行时，一个事务的执行不应影响其他事务的执行。正常情况下，肯定是多个事务同时操作同一个数据库，所以事务之间的隔离就显得必不可少。
如果没有隔离性，将会发生以下问题：

2.3.1 第一类丢失更新

一个事务在撤销的时候，覆盖了另一个事务已提交的更新数据。假设现在有两个事务A、B同时操作同一账户的金额，如下图所示：

mysql怎样实现事务_mysql怎样实现事务_03

显然，事务B在撤销事务的时候，覆盖了事务A在T4阶段已经提交的更新数据。A在T3的时候已经取走了200元，此时的余额应该是800元，但是由于事务B开始的时候，余额是1000元，所以回滚后，余额也会变成1000元。这样一来，用户明明取了钱，但是余额不变，银行亏到姥姥家了。

2.3.2 脏读

一个事务读到了另一个事务未提交的更新数据。
用下图说明：

mysql怎样实现事务_数据_04

事务A在T3的时候取走了200元，但是未提交。事务B在T4时查询余额就能看到事务A未提交的更新。

2.3.3 幻读

幻读（虚读）是指：一个事务读到了另一个事务已提交的新增数据。
依然是配图说明：

mysql怎样实现事务_mysql怎样实现事务_05

事务B在同一个事务中执行两次统计操作之间，另一事务insert了一条记录，导致得到的结果不一样，好像发生了幻觉。还有一种情况是事务B更新了表中所有记录的某一字段，之后事务A又插入了一条记录，事务B再去查询发现有一条记录没有被更新，这也是幻读。

2.3.4 不可重复读

不可重复读：一个事务读到了另一个事务已提交的更新数据。
不可重复读，顾名思义，就是在同一个事务中重复读取数据会发生不一致的情况，如下图：

mysql怎样实现事务_数据_06

事务B在T2和T5阶段都执行了查询余额的操作，但是每次得到的结果都不一样，这在开发中是不允许的，同一个事务中同样的多次查询，每次返回不一样的结果，让人不免会对数据库的可靠性产生怀疑。

2.3.5 第二类丢失更新

一个事务在提交的时候，覆盖了另一个事务已提交的更新数据。

mysql怎样实现事务_后端_07

由上图可以看出，当事务A提交之后，账户余额已经发生了变动，然后事务B还是基于原始金额（即1000）的基础上扣除取款金额的，事务B以提交，就是把事务A的提交给完全覆盖了。此为第二类丢失更新。

注意和第一类丢失更新区分，第一类丢失更新重点在事务B最终撤销了事务，第二类是最终提交了事务。

为了解决这五类问题，MySQL提供了四种隔离级别：

Serializable（串行化） ：事务之间以一种串行的方式执行，安全性非常高，效率低
Repeatable Read（可重复读） ：是MySQL默认的隔离级别，同一个事务中相同的查询会看到同样的数据行，安全性较高，效率较好
Read Commited（读已提交） ：一个事务可以读到另一个事务已经提交的数据，安全性较低，效率较高
Read Uncommited（读未提交） ：一个事务可以读到另一个事务未提交的数据，安全性低，效率高

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3、Repeatable Read

Repeatable Read（可重复读）是MySQL默认的隔离级别，也是使用最多的隔离级别，所以单独拿出来深入理解很有必要。Repeatable Read无法解决幻读（虚读）问题。下面来看一个实例。
首先创建一个表并插入一条记录：

CREATE TABLE `student` (
  `id` bigint(20) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `stu_id` bigint(20) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '学生学号',
  `stu_name` varchar(100) DEFAULT NULL COMMENT '学生姓名',
  `created_date` datetime NOT NULL COMMENT '创建时间',
  `modified_date` datetime NOT NULL ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '修改时间',
  `ldelete_flag` tinyint(1) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '逻辑删除标志，0：未删除，2：已删除',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin COMMENT='学生信息表';

INSERT INTO `student` VALUES (1, 230160340, 'Carson', '2016-08-20 16:37:00', '2016-08-31 16:37:05', 0);

同样的开启两个事务，如下表所示：

mysql怎样实现事务_数据_09

按照上述理论，会出现幻读现象。也就是事务A在T4时间段的查询select会看到事务B提交的新增数据。
但让你失望了。

执行结果如下

mysql怎样实现事务_mysql怎样实现事务_10

和预期的结果并不一致，没有出现幻读现象。

实际上MySQL在Repeatable Read隔离级别下，用MVCC（Multiversion Concurrency Control，多版本并发控制）解决了select普通查询的幻读现象。

具体的实现方式就是事务开始时，第一条select语句查询结果集会生成一个快照（snapshot），并且这个事务结束前，同样的select语句返回的都是这个快照的结果，而不是最新的查询结果，这就是MySQL在Repeatable Read隔离级别对普通select语句使用的快照读（snapshot read）。