前言

最近在面試，有被問到，MySQL的InnoDB引擎是如何實(shí)現(xiàn)事務(wù)的，又或者說是如何實(shí)現(xiàn)ACID這幾個特性的，當(dāng)時沒有答好，所以自己總結(jié)出來，記錄一下。

事務(wù)的四大特性ACID

事務(wù)的四大特性ACID分別是，A-原子性（Atomicity），C-一致性（Consistency），I-隔離性（Isolation），D-持久性（Durability）。一致性是最終目的，原子性、隔離性、持久性是為了保證一致性所做的措施。所以我寫的順序并不是按照ACID來寫的，將一致性放到了最后，順序就變成了，ADIC。

原子性（A）

原子性是指一個事務(wù)就是一個不可分割的工作單位，要么全部都執(zhí)行成功，要么全部都執(zhí)行失敗，沒有中間狀態(tài)或是只執(zhí)行一部分。

MySQL的InnoDB引擎是靠undo log（回滾日志）來實(shí)現(xiàn)的，undo log能夠保證在事務(wù)回滾時，能夠撤銷所有已經(jīng)執(zhí)行成功的SQL。

undo log 屬于邏輯日志，它記錄的是SQL執(zhí)行相關(guān)的信息。當(dāng)事務(wù)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改時，InnoDB會生成與之對應(yīng)的undo log。如果事務(wù)執(zhí)行失敗或者調(diào)用的rollback，導(dǎo)致事務(wù)需要回滾，InnoDB引擎會根據(jù)undo log中的記錄，將數(shù)據(jù)回滾到之前的樣子。
例如在執(zhí)行insert語句時會生成相關(guān)的delete語句的undo log。反之執(zhí)行delete語句也會生成相關(guān)的insert語句的undo log。執(zhí)行update語句時也是如此，不過update語句在執(zhí)行undo log回滾時有可能會涉及到MVCC。主要是為了保證在執(zhí)行undo log的時候的select能看到哪個版本的數(shù)據(jù)。

持久性（D）

持久性是指事務(wù)一旦提交，對數(shù)據(jù)庫的操作就是永久性的，接下來的其他操作和異常故障不應(yīng)該對它有任何影響。
我們都知道MySQL的數(shù)據(jù)最終是存放在磁盤中的，所以才會有磁盤的容量大小決定數(shù)據(jù)容量的大小。但是如果對MySQL的操作都是通過讀寫磁盤來進(jìn)行的話，那么光是磁盤的I/O就夠把效率大大的拉低了。

所以InnoDB為MySQL提供了緩沖池（Buffer Pool）,Buffer Pool中包含了磁盤中部分?jǐn)?shù)據(jù)頁的映射。
當(dāng)從數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)時，會先從Buffer Pool中讀取數(shù)據(jù)，如果Buffer Pool中沒有，則從磁盤讀取后放入到Buffer Pool中。
當(dāng)向數(shù)據(jù)庫寫入數(shù)據(jù)時，會先寫入到Buffer Pool中，Buffer Pool中更新的數(shù)據(jù)會定期刷新到磁盤中（此過程稱為刷臟）。

雖然Buffer Pool為MySQL的讀寫提高了效率，但是卻也帶來了新的問題，那就是如果數(shù)據(jù)剛更新到Buffer Pool中還沒來得及刷新到磁盤中時，MySQL突然宕機(jī)了，這就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，造成事務(wù)的持久性無法保證了。
為了解決這個緩存的一致性問題，redo log就出現(xiàn)了。在對Buffer Pool中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的時候通過redo log記錄這次操作，當(dāng)事務(wù)提交時會通過fsync接口對redo log進(jìn)行刷盤。

因?yàn)樵谑聞?wù)提交時會把redo log是同步在磁盤中的，所以當(dāng)MySQL出現(xiàn)宕機(jī)時，可以從磁盤中讀取redo log進(jìn)行數(shù)據(jù)的恢復(fù)，從而保證了事務(wù)的持久性。

redo log 采用的預(yù)寫的方式記錄日志，即先記錄日志，再更新Buffer Pool，這樣就強(qiáng)行的保證了，數(shù)據(jù)只要保存在了redo log中就一定會存儲到磁盤中了。

這要解釋一下，redo log 也是寫磁盤，刷臟也是寫磁盤，為啥要先記錄redo log而不是直接刷臟？

主要原因就是redo log比刷臟快很多。

第一點(diǎn)是，redo log是追加操作日志，是順序IO；而刷臟是隨機(jī)IO，因?yàn)槊看胃碌臄?shù)據(jù)不一定是挨著的，也就是隨機(jī)的。

第二點(diǎn)是，刷臟是以數(shù)據(jù)頁（Page）為單位的（即每次最少從磁盤中讀取一頁數(shù)據(jù)到內(nèi)存，或者最少刷一頁數(shù)據(jù)到磁盤），MySQL默認(rèn)頁大小是16KB，對一個頁上的修改，都要整個頁都刷到磁盤中；而redo log只包含真正的需要寫入磁盤的操作日志。

MySQL還有一個記錄操作的日志，叫binlog ，那么redo log和binlog又有什么區(qū)別呢？

• 第一點(diǎn)作用上的區(qū)別：
  

redo log是用來記錄更新緩存的，為了保證MySQL就算宕機(jī)也不會影響事務(wù)的持久性；binlog是用來記錄什么時間操作了什么，主要有時間點(diǎn)，可以保證將數(shù)據(jù)恢復(fù)到某個時間點(diǎn)，也有用于主從同步數(shù)據(jù)的。

• 第二點(diǎn)層次上的區(qū)別：
  

redo log是存儲引擎InnoDB實(shí)現(xiàn)的（MyISAM就沒有redo log），而binlog是在MySQL服務(wù)器層面存在的任何其他存儲引擎也有binlog。
存儲內(nèi)容上，redo log是物理日志，基于磁盤的數(shù)據(jù)頁，binlog是邏輯日志，存儲的一條執(zhí)行SQL。

• 第三點(diǎn)寫入時機(jī)的區(qū)別：
  

redo log 在默認(rèn)情況下是在事務(wù)提交時，進(jìn)行刷盤的；可以通過參數(shù)：innodb_flush_log_at_trx_commit 來改變策略，可以不用等到事務(wù)提交時才進(jìn)行刷盤。
如：可以設(shè)置成每秒提交一次。
binlog是在事務(wù)提交時寫入。

隔離性（I）

原子性和持久性都是基于單個事務(wù)內(nèi)部的措施，而隔離性是只多個事務(wù)之間相互隔離，互不影響的特性。
我們都知道事務(wù)的隔離級別中最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖谴谢⊿erializable）,但是隔離性越高，性能就越低，所以一般不使用串行化這個隔離級別。
對于隔離性的，我們要分兩種情況進(jìn)行討論：

• 一個事務(wù)中的寫操作對另一個事務(wù)中的寫操作的影響；
• 一個事務(wù)中的寫操作對另一個事務(wù)中的讀操作的影響；

首先，事務(wù)間的寫操作其實(shí)是靠MySQL的鎖機(jī)制來實(shí)現(xiàn)隔離的，而事務(wù)間的寫和讀操作是靠MVCC機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。

鎖機(jī)制

MySQL中的鎖主要有

按照功能分：讀鎖和寫鎖；按照作用范圍分：表級鎖和行級鎖；
還有意向鎖，間隙鎖等。

讀鎖：又稱“共享鎖”，是指多個事務(wù)可以共享一把鎖，都只能訪問數(shù)據(jù)，并不能修改。

寫鎖：又稱“排他鎖”，是不能和其他事務(wù)共享數(shù)據(jù)的，如果一個事務(wù)獲取到了一個數(shù)據(jù)的排他鎖，那么其他事務(wù)就不能再獲取該行的其他鎖，包括共享鎖和排他鎖。

表級鎖：是指會將整個表進(jìn)行鎖定，性能較差，不同存儲引擎支持的鎖的粒度不同，MyISAM引擎支持表級鎖，InnoDB引擎支持表級鎖也支持行級鎖。

行級鎖：會將需要操作的相應(yīng)行進(jìn)行鎖定，性能好。

意向鎖：意向鎖是表級鎖，如果在一個事務(wù)已經(jīng)對一個表中的某個數(shù)據(jù)加上了排他鎖或共享鎖，那么就可以加上意向鎖，這樣當(dāng)下一個事務(wù)來進(jìn)行鎖表的時候發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在意向鎖了，就會先被阻塞，如果不加意向鎖的話，第二個事務(wù)來鎖表的時候需要一行一行的遍歷查看是否有數(shù)據(jù)已經(jīng)被鎖住了。

間隙鎖：間隙鎖是為了防止產(chǎn)生幻讀而加的鎖，加在不存在的空閑空間，可以是兩個索引記錄之間，也可能是第一個索引記錄之前或最后一個索引之后的空間（但是并不包含當(dāng)前記錄）。這樣就保證了在間隙鎖執(zhí)行的時候，新增的數(shù)據(jù)會阻塞，保證了一個事務(wù)中的兩次查詢獲得的記錄數(shù)都是一致的。

Next-Key Lock：Next-Key Lock是行級鎖和間隙鎖的結(jié)合產(chǎn)生的鎖，因?yàn)殚g隙鎖是不會鎖住當(dāng)前記錄的而Next-Key Lock是會將當(dāng)前記錄也鎖住的。

例如：如果一個表中有三條數(shù)據(jù)分別是：

那么在執(zhí)行SQL：select * from table where number = 17 for update 時間隙鎖會鎖住，number的區(qū)間是（16，17），（17，20），但是Next-Key Lock的鎖住的是：
16，17），（17，20）區(qū)間加間隙鎖，同時number=17加記錄鎖。

鎖機(jī)制保障了多個事務(wù)間的寫操作的隔離，而多個事務(wù)間的讀和寫操作的保證是需要通過MVCC機(jī)制來保證的。

MVCC機(jī)制

MVCC全稱是【Multi-Version ConCurrency Control】即多版本控制協(xié)議。

MVCC的主要是靠在每行記錄上增加隱藏列和使用undo log來實(shí)現(xiàn)的，隱藏列主要包括，改行數(shù)據(jù)創(chuàng)建的版本號（遞增的），刪除時間，指向undo log的指針等。

那么MVCC是如何保證讀寫隔離的呢？主要是通過快照讀和當(dāng)前讀兩個操作。

• 快照讀：
  

MVCC為了保證并發(fā)的效率，在進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)的時候是不加鎖的，在執(zhí)行select的時候（不帶鎖的普通select），會先讀取當(dāng)前數(shù)據(jù)的版本號，如果在select還沒返回結(jié)果時，有事務(wù)將此行數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，那么版本號就會比執(zhí)行select的時候的大，所以為了保證select讀取數(shù)據(jù)的一致性，就只會讀取小于或等于當(dāng)前版本的數(shù)據(jù)，這個歷史版本的數(shù)據(jù)就是從undo log中獲取到的。

• 當(dāng)前讀：

當(dāng)執(zhí)行insert、update、delete的時候，是讀取的當(dāng)前最新的版本數(shù)據(jù)，并且會給當(dāng)前記錄加上鎖，用來保證在操作的時候不會被別的事務(wù)將版本號進(jìn)行修改。

像普通的select就是快照讀即讀取的有可能就是數(shù)據(jù)的歷史版本。

insert、update、delete、select ... lock in share mode 和select ... for update 讀取的就是當(dāng)前讀，即讀取的都是數(shù)據(jù)的最新版本。

其實(shí)將隔離級別設(shè)置為Serializable也是可以實(shí)現(xiàn)讀寫隔離的，但是并發(fā)效率會比低很多，所以一般用的很少，但是MVCC是讀不加鎖的，只有在寫的時候才會加鎖，從而提高的并發(fā)的效率。

通過MVCC機(jī)制保證了多個事務(wù)間的讀寫隔離，從而實(shí)現(xiàn)了事務(wù)的隔離性。

一致性（C）

一致性是指在事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)的一致性，事務(wù)前后數(shù)據(jù)完整性沒有破壞，并且都是合法的數(shù)據(jù)狀態(tài)。

• 其中一致性的指標(biāo)有：
  

索引的完整（唯一索引，不重復(fù)等），數(shù)據(jù)列的完成（字段類型，長度，大小符合要求），外鍵約束等。

• 實(shí)現(xiàn)一致性的措施：
  

保證原子性，持久性，隔離性，如果這些特性都無法保證，那么一致性就也無法保證了。從數(shù)據(jù)庫層面來看，除了前面那幾個特性的保證外，對字段的一致性是有保證措施的，例如整型的字符不能傳入，字符串、時間等格式，字符串的長度不能超過列的限制。但是在應(yīng)用層面也是需要開發(fā)者自己來保證的，
例如：從A轉(zhuǎn)賬給B一部分金額，那么就要保證，從A從將金額扣除多少就要去給B增加多少金額，如果只扣除A的金額，而沒有增加B的金額，是無法保證一致性的。

另外，MySQL還通過兩階段提交事務(wù)，保證了redo log和binlog之間的數(shù)據(jù)一致性問題。

通過上面介紹持久性的時候解釋了，redo log和binlog的區(qū)別了，在區(qū)別中的第三條有說到，在默認(rèn)情況下，事務(wù)提交時，既寫redo log 有寫binlog那么他們是如何協(xié)調(diào)一致性的呢？事務(wù)提交成功以寫入哪個日志為準(zhǔn)呢？
MySQL通過兩階段提交來保證這兩個日志的數(shù)據(jù)一致性。

• 第一階段提交，

將redo log提交到磁盤，并將狀態(tài)改為prepare狀態(tài)，binlog不做任何操作。

• 第二階段提交，

1、生成事務(wù)操作的binlog，并將binlog寫入到磁盤中。

2、調(diào)用引擎的提交事務(wù)接口，將redo log的狀態(tài)從prepare改為commit，事務(wù)提交完成。
通過上面這兩階段提交保證了事務(wù)數(shù)據(jù)的一致性。
當(dāng)事務(wù)提交時redo log處于prepare階段時，發(fā)生MySQL宕機(jī)或崩潰，則會執(zhí)行事務(wù)回滾。
當(dāng)事務(wù)提交redo log處于commit階段時，發(fā)生了崩潰會執(zhí)行事務(wù)恢復(fù)，本機(jī)事務(wù)通過redol og進(jìn)行恢復(fù)，而如果是主從數(shù)據(jù)庫的話，在commit階段，會根據(jù)binlog對從庫進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。
這就是以寫入binlog成功為提交事務(wù)成功的依據(jù)。因?yàn)橐话阍诒罎⒒謴?fù)的時候都是用binlong進(jìn)行恢復(fù)的，如果還未生成binlog，只寫入了redo log。在恢復(fù)的時候redo log恢復(fù)的是一個版本的數(shù)據(jù)，而通過bin log恢復(fù)的從庫數(shù)據(jù)會是之前的一個時間點(diǎn)的binlog版本的數(shù)據(jù)，這樣數(shù)據(jù)就導(dǎo)致不一致了。

總結(jié)

MySQL事務(wù)的ACID，一致性是最終目的。
保證一致性的措施有：

• A原子性：靠undo log來保證（異常或執(zhí)行失敗后進(jìn)行回滾）。
• D持久性：靠redo log來保證（保證當(dāng)MySQL宕機(jī)或停電后，可以通過redo log最終將數(shù)據(jù)保存至磁盤中）。
• I隔離性：事務(wù)間的讀寫靠MySQL的鎖機(jī)制來保證隔離，事務(wù)間的寫操作靠MVCC機(jī)制（快照讀、當(dāng)前讀）來保證隔離性。
• C一致性：事務(wù)的最終目的，即需要數(shù)據(jù)庫層面保證，又需要應(yīng)用層面進(jìn)行保證，并且MySQL底層通過兩階段提交事務(wù)保證了事務(wù)持久化時的一致性。

以上就是MySQL如何實(shí)現(xiàn)事務(wù)的ACID的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于MySQL實(shí)現(xiàn)事務(wù)的ACID的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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