本章内容

事务定义

事务指的是保证一组数据库操作，要么全部成功，要么全部失败。

在MySQL中，事务支持是在引擎层实现的，MySQL是一个支持多引擎的系统，但并不是所有的引擎都支持事务。如：MySQL原生的MyISAM引擎就不支持事务，这也是MyISAM被InnoDB取代的重要原因之一。

事务ACID特性

事务的ACID特性指的是原子性、一致性、隔离性、持久性。

• 原子性（Atomicity）：指的是事务中所有操作要么全部成功，要么全部失败。
• 一致性（Consistency）：指的是事务执行前后，数据始终处于一致性状态，不会出现数据丢失。
• 隔离性（Isolation）：指的是多个事务并发执行时，各事务在执行过程中所做的修改对其他事务不可见，直到该事务成功提交。
• 持久性（Durability）：指的是事务一旦提交，对数据库所做的修改将会永久保存。

事务实现原理

原子性：通过undo log来实现。

持久性：通过bin log+redo log来实现。

隔离性：通过读写锁+MVCC来实现。

一致性：通过回滚、恢复以及在并发环境下的隔离做到一致性。

SQL执行流程

一条SQL语句的完整执行流程。如图所示：

其中：

• 步骤5：如果将参数innodb_flush_log_at_trx_commit设置成1，redo log在prepare阶段就需要调用fsync持久化一次。
• 步骤7：将在prepare阶段写入FS Page Cache的redo log添加Commit标识，后台每秒一次轮询刷盘时将Commit标识持久化到磁盘。

undo log（回滚日志）

undo log记录的是逻辑日志（即：SQL语句），它是InnoDB存储引擎用于实现多版本并发控制（MVCC）和事务回滚的一种日志记录机制。

undo log的主要作用：

• 回滚事务，恢复到修改前的数据。
• 实现 MVCC（多版本并发控制，Multi-Version Concurrency Control） 。

实现原理

当一个事务开始执行时，InnoDB会为该事务分配一个事务ID。

在事务执行过程中，所有的数据修改操作（如：插入、更新和删除）都会在内存中的缓冲池（Buffer Pool）进行。同时，对于每个数据修改操作，InnoDB会将修改前的数据版本记录到undo log中。注：Buffer Pool详见《「一文搞懂」MySQL缓冲池（buffer pool）》。

undo log存储在InnoDB的表空间（.ibdata格式文件）中，其中有一块区域名为rollback segment（回滚段），每个回滚段中有1024个undo-log segment，每个undo-log segment可存储一条数据，默认有128个回滚段，即：支持128*1024条记录同时存在。

如果事务执行失败，或者需要执行rollback操作，InnoDB可以利用undo log中的记录来还原数据的原始状态（即：执行数据回滚）。

当事务提交后，如果没有其他事务需要访问这些旧版本数据，InnoDB会在适当的时候回收并重用这些undo log空间。

版本链

undo log的实现方式是通过两个隐藏列trx_id（最近一次提交事务的ID）和roll_pointer（上一个版本的地址），建立一个版本链，并在事务中读取时生成一个ReadView（读视图），在Read Committed隔离级别下，每次读取都会生成一个读视图，而在Repeatable Read隔离级别下，只会在第一次读取时生成一个读视图。

如图所示：

对应的回滚段，如图所示：

图中，age字段的当前值为8，在查询这条记录时，不同时刻启动的事务会对应不同的read-view。在read-view A、read-view B、read-view C中，age字段的值分别为1、3、8，同一条记录在系统中会存在多个版本，即：数据库的多版本并发控制（MVCC）。对于read-view A，要得到age字段值1，就必须将当前值依次执行图中所有的回滚操作。同时，即使现在有另外一个事务正在将age字段的值由8改为9，这个事务与read-view A、read-view B、read-view C对应的事务不会冲突。

在MySQL5.5及以前的版本中，回滚日志与数据字典一起放在ibdata文件中，当系统判断没有事务会使用某个版本的回滚日志时，就会删除该版本的回滚日志。

redo log和bin log

详见：《「一文搞懂」MySQL如何保证数据不丢失》一文。

事务隔离级别

当数据库上有多个事务同时执行时，可能出现脏读（dirty read）、不可重复读（non-repeatable read）、幻读（phantom read）的问题，为了解决这些问题，就有了隔离级别的概念。SQL标准的事务隔离级别包括：读未提交（read uncommitted）、读提交（read committed）、可重复读（repeatable read）和串行化（serializable ）：

• 读未提交：是指一个事务还没提交时，该事务做的变更就能被其他事务看到。
• 读提交：是指一个事务提交之后，该事务做的变更才会被其他事务看到。
• 可重复读：是指一个事务执行过程中看到的数据，总是与该事务在启动时看到的数据一致。在可重复读隔离级别下，未提交变更对其他事务也是不可见的。
• 串行化：是指对于同一行记录，写会加写锁，读会加读锁。当出现读写锁冲突时，后访问的事务必须等前一个事务执行完成，才能继续执行。

其中：

• 在可重复读隔离级别下，数据库在事务启动时创建一个视图，整个事务存在期间都使用这个视图。
• 在读提交隔离级别下，数据库在每个SQL语句开始执行时创建一个视图。
• 在读未提交隔离级别下，返回的是记录中的最新值，没有视图概念。
• 在串行化隔离级别下，使用加锁的方式来避免并行访问。

读提交和可重复读区别：

• 在可重复读隔离级别下：在事务开始时创建一致性视图，之后事务中的其他查询都共用这个一致性视图。
• 在读提交隔离级别下：每一个语句执行前都会重新创建一个新的视图。

MySQL默认隔离级别为：可重复读；Oracle默认隔离级别为：读提交。配置方式：启动参数 transaction-isolation，可以使用show variables来查看当前的值。

MVCC（多版本并发控制）

MySQL实现最高事务隔离级别串行化时，使用的是锁技术。在MySQL中使用的是读写锁，即：在读时加共享锁，写时加互斥锁。允许读读并行，读写以及写写都不能并行。

MVCC（Multi-Version Concurrency Control）多版本并发控制是一种并发控制机制，指维护一个数据的多个版本，使得读写操作没有冲突。具体实现就是采用快照读，快照读为MySQL实现MVCC提供了一个非阻塞读功能。MVCC的具体实现需要依赖于数据库记录中的隐式字段、undo log版本链和Read View。

快照读和当前读

快照读：每次读取到的数据不一定是最新的数据，而是这条数据的快照版本，这样可以保证读写不互斥（读写分离），能够并发执行。

当前读：读取数据的最新版本，实现原理是对正在读的记录加锁，使得读写互斥，保证每次读取到的是数据库中最新的数据。

隐藏字段

当创建一张表时，InnoDB引擎会增加2个隐藏字段：

• DB_TRX_ID：修改表数据时，都会提交事务，每个事务都有一个唯一的ID，这个字段就记录了最近一次提交事务的ID。
• DB_ROLL_PTR：修改表数据时，旧版本的数据都会被记录到undo log日志中，每个版本的数据都有一个版本地址，这个字段记录的就是上一个版本的地址。

undo log版本链

详见：undo log章节中的版本链。

Read View（读视图）

Read View是一个保存事务ID的List列表，记录的是当前事务执行时，有哪些事务在执行，且还没有提交（即：当前系统还有哪些活跃的读写事务），用于判断当前事务是否可以读取undo log版本链中的哪个版本。

Read View基于一下几个字段实现：

• m_ids：当前系统中活跃的事务ID集合（即：未提交的事务集合）。
• min_trx_id：m_ids中最小的ID
• max_trx_id：下一个要分配的事务ID
• creator_trx_id：当前事务ID

如图所示：

事务在执行快照读时，可以通过如下规则来确定undo log版本链中的哪个版本数据可见：

1）DB_TRX_ID = creator_trx_id
如果这个版本（undo log版本链中的版本）的事务ID等于当前事务ID，表示数据记录的最后一次操作事务为当前事务，当前读视图可以读到这个版本的数据。

2）DB_TRX_ID < min_trx_id
如果这个版本的事务ID小于所有活跃事务ID，表示这个版本的数据不再被事务使用（即：事务已提交），当前读视图可以读到这个版本的数据。

3）DB_TRX_ID >= max_trx_id
如果这个版本的事务ID大于等于下一个要分配的事务ID，表示有新事务更新了这个版本的数据，这种情况下，当前读视图不可以读到这个版本的数据。

4）min_trx_id <= DB_TRX_ID < max_trx_id
如果这个版本的事务ID在当前系统中活跃的事务ID集合（m_ids）中，表示这个版本的数据被其他事务更新过，当前读视图不可以读到这个版本的数据。
如果这个版本的事务ID不在当前系统中活跃的事务ID集合（m_ids）中，表示是在其他事务提交后创建的读视图，当前读视图可以读到这个版本的数据。

MVCC在四种隔离级别下的区别

• Read Uncommitted（读未提交）：事务总是读取到最新的数据，不需要MVCC。
• Serializable（串行化）：事务总是顺序执行，写会加写锁，读会加读锁，不需要MVCC。
• READ COMMITTED（读已提交）：在一个事务中每一次查询都会生成一个读视图，可以读到其他事务已提交的数据，会造成不可重复度的问题。
• REPEATABLE READ（可重复读）：在一个事务中只有第一次查询时生成一个读视图，后面的查询都是使用该读视图，避免了不可重复读的问题。

常见问题

为什么建议尽量不要使用长事务？

由于长事务随时可能访问数据库中的任何数据，因此，在某个长事务提交之前，可能用到的回滚记录都必须保留在数据库中，从而占用大量存储空间。即：长事务会导致系统中存在很多很老的事务视图。

长事务除了对回滚段的影响，还占用锁资源，可能因锁资源无法及时释放而影响数据库的性能，甚至拖垮整个数据库。

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