前言

首先回顧一下什么是事務(wù)，事務(wù)是數(shù)據(jù)庫(kù)操作的最小工作單元，是作為單個(gè)邏輯工作單元執(zhí)行的一系列操作；這些操作作為一個(gè)整體一起向系統(tǒng)提交，要么都執(zhí)行、要么都不執(zhí)行；事務(wù)是一組不可再分割的操作集合（工作邏輯單元）。

事務(wù)的特性：

原子性（Atomicity）：原子性是指事務(wù)包含的所有操作要么全部成功，要么全部失敗回滾。一致性（Consistency）：事務(wù)執(zhí)行的結(jié)果必須是使數(shù)據(jù)庫(kù)從一個(gè)一致性狀態(tài)變到另一個(gè)一致性狀態(tài)。隔離性（Isolation）：一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行不能其它事務(wù)干擾。即一個(gè)事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對(duì)其它并發(fā)事務(wù)是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個(gè)事務(wù)之間不能互相干擾。持久性（Durability）：指一個(gè)事務(wù)一旦提交，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的改變就應(yīng)該是永久性的。接下來的其它操作或故障不應(yīng)該對(duì)其執(zhí)行結(jié)果有任何影響。

一、事務(wù)底層原理淺析

原子性：

實(shí)現(xiàn)原理：undo log

undo log也被成為回滾日志，它是事務(wù)實(shí)現(xiàn)原子性和隔離性的基礎(chǔ)。當(dāng)事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修改時(shí)，InnoDB會(huì)生成對(duì)應(yīng)的undo log；如果事務(wù)執(zhí)行失敗或調(diào)用了rollback，導(dǎo)致事務(wù)需要回滾，便可以利用undo log中的信息將數(shù)據(jù)回滾到修改之前的樣子。

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)發(fā)生回滾時(shí)，InnoDB會(huì)根據(jù)undo log的內(nèi)容做與之前相反的工作：對(duì)于每個(gè)insert，回滾時(shí)會(huì)執(zhí)行delete；對(duì)于每個(gè)delete，回滾時(shí)會(huì)執(zhí)行insert；對(duì)于每個(gè)update，回滾時(shí)會(huì)執(zhí)行一個(gè)相反的update，把數(shù)據(jù)改回去。

undo 存放在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的一個(gè)特殊段segment中，這個(gè)段稱為undo段。undo段位于共享表空間中。undo是邏輯日志，因此只是將數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯的恢復(fù)到原來的樣子。undo log會(huì)產(chǎn)生redo log,也就是undo log的產(chǎn)生會(huì)伴隨著redo log的產(chǎn)生，因?yàn)閡ndo log也需要持久性的保護(hù)。

undo log執(zhí)行記錄是在每次寫入數(shù)據(jù)或者修改數(shù)據(jù)之前。

undo log使用原理：數(shù)據(jù)庫(kù)表每行數(shù)據(jù)會(huì)多兩列DATA_TRX_ID和DATA_ROLL_PTR（可能還有一列DB_ROW_ID，當(dāng)沒有默認(rèn)主鍵時(shí)會(huì)自動(dòng)加上這列）。DATA_TRX_ID表示當(dāng)前數(shù)據(jù)的事務(wù)版本， DATA_ROLL_PTR 則指向剛剛拷貝到

undo log 鏈中的舊版本記錄，undo log是個(gè)鏈表，如果多個(gè)事務(wù)多次修改會(huì)繼續(xù)生成undo log并通過DATA_ROLL_PTR建立指向關(guān)系。用圖說明一下：

這樣，一旦事務(wù)發(fā)生回滾，mysql便可以借助undo log實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)還原，從而保證未提交事務(wù)的原子性。

持久性

實(shí)現(xiàn)原理：redo log

由于InnoDB作為MySQL的存儲(chǔ)引擎，數(shù)據(jù)是存放在磁盤中的，為了減少磁盤IO，提高讀取性能InnoDB提供了緩存池——Buffer Pool。Buffer Pool中包含了磁盤中部分?jǐn)?shù)據(jù)頁(yè)的映射，作為訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的緩沖：當(dāng)從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)首先從Buffer Pool中讀取，如果Buffer Pool中沒有，則從磁盤讀取后放入Buffer Pool；當(dāng)向數(shù)據(jù)庫(kù)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)首先寫入Buffer Pool，Buffer Pool中修改的數(shù)據(jù)會(huì)定期刷新到磁盤中（這一過程稱為刷臟）。

不過這也帶來了一個(gè)新的問題，如果MySQL宕機(jī)，而此時(shí)Buffer Pool中修改的數(shù)據(jù)還沒有刷新到磁盤，就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，事務(wù)的持久性無法保證。

為了解決這個(gè)問題就引入了redo log，也叫重做日志。當(dāng)數(shù)據(jù)修改時(shí)，除了修改Buffer Pool中的數(shù)據(jù)，還會(huì)在redo log記錄這次操作；當(dāng)事務(wù)提交時(shí)，會(huì)調(diào)用fsync接口對(duì)redo log進(jìn)行刷盤。如果MySQL宕機(jī)，重啟時(shí)可以讀取redo log中的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行恢復(fù)。redo log采用的是WAL（Write-ahead logging，預(yù)寫式日志），所有修改在提交前先寫入日志，保證了數(shù)據(jù)不會(huì)因MySQL宕機(jī)而丟失，從而滿足了持久性要求。redo log是針對(duì)物理頁(yè)的，并發(fā)執(zhí)行，最后一次提交會(huì)覆蓋未提交的數(shù)據(jù)。本地redo log:

redo log也是有緩沖區(qū)的——redo log buffer，當(dāng)事務(wù)提交之后會(huì)把所有修改信息都刷新到磁盤上。用戶也可以通過控制通過變量 innodb_flush_log_at_trx_commit 的值來修改刷新策略（默認(rèn)1），如設(shè)置值為2，控制成每秒刷新，這樣事務(wù)提

交就會(huì)較快，不過可能面臨日志丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

redo log是在SQL語(yǔ)句執(zhí)行之后記錄的。

既然redo log也需要存儲(chǔ)，也涉及磁盤IO為啥還用它？

（1）redo log 的存儲(chǔ)是順序存儲(chǔ)，而緩存同步是隨機(jī)操作。

（2）緩存同步是以數(shù)據(jù)頁(yè)為單位的，每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大小大于redo log。

redo log是用來恢復(fù)數(shù)據(jù)的 用于保障已提交事務(wù)的持久化特性。

隔離性：

原理：
(1). 寫操作對(duì)寫操作的影響：鎖機(jī)制保證隔離性
(2). 寫操作對(duì)讀操作的影響：MVCC保證隔離性

一致性：

一致性比較特殊，前面的原子性、持久性和隔離性都是為一致性服務(wù)的，除此之外，一致性還依賴于數(shù)據(jù)庫(kù)自我提供的保障，如SQL語(yǔ)法驗(yàn)證，列類型插入數(shù)據(jù)類型驗(yàn)證，同時(shí)也依賴于應(yīng)用層的保障，如轉(zhuǎn)賬操作，需要開發(fā)人員進(jìn)行轉(zhuǎn)賬者的余額扣除和接受者的余額增加，如果應(yīng)用層面出現(xiàn)問題，那么一致性也是無法保障的。

二、隔離級(jí)別底層原理淺析

在事務(wù)底層原理淺析中，關(guān)于隔離性的原理沒有過多深入，在此我們簡(jiǎn)單介紹一下。

首先介紹一下mysql的MVCC(MultiVersion Concurrency Control) 叫做多版本并發(fā)控制。它是依賴undo log與read view實(shí)現(xiàn)的。undo log上文已經(jīng)介紹過了，不再贅述，read view（可讀視圖），這與我們平時(shí)理解的數(shù)據(jù)庫(kù)視圖不同，它是用來判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)版本的可見性的。

readview主要有四個(gè)屬性：

(1). m_ids 代表生成ReadView時(shí)，當(dāng)前所有活躍的事務(wù)ID，活躍的意思就是事務(wù)開啟了還沒提交；

(2). min_trx_id 表示當(dāng)前活躍的mIds中最小的事務(wù)ID；

(3). max_trx_id 表示生成ReadView時(shí)，最大的事務(wù)ID，它不一定是mIds中最大的事務(wù)ID；

(4).creator_trx_id表示創(chuàng)建該ReadView的事務(wù)ID。

注意：每開啟一個(gè)事務(wù)，事務(wù)ID就自增一次，事務(wù)ID可以看做一個(gè)全局自增變量。最先開啟的事務(wù)不一定比后開啟的事務(wù)先提交，比如長(zhǎng)連接，所以不要認(rèn)為max_trx_id就是mIds中的最大值。

read view是怎樣借助上面四個(gè)屬性，判斷事務(wù)應(yīng)該讀取那個(gè)版本的數(shù)據(jù)呢？

如果被訪問版本的 data_trx_id 小于 m_ids 中的最小值，說明生成該版本的事務(wù)在 ReadView 生成前就已經(jīng)提交了，那么該版本可以被當(dāng)前事務(wù)訪問。

如果被訪問版本的 data_trx_id 屬性值與ReadView中的creator_trx_id值相同，意味著當(dāng)前事務(wù)在訪問它自己修改過的記錄，所以該版本可以被當(dāng)前事務(wù)訪問。

如果被訪問版本的 data_trx_id 屬性值大于ReadView中的max_trx_id值，表明生成該版本的事務(wù)在當(dāng)前事務(wù)生成ReadView后才開啟，所以該版本不可以被當(dāng)前事務(wù)訪問。

如果被訪問版本的 data_trx_id 屬性值在ReadView的min_trx_id和max_trx_id之間，那就需要判斷一下trx_id屬性值是不是在m_ids列表中，如果在，說明創(chuàng)建ReadView時(shí)生成該版本的事務(wù)還是活躍的，該版本不可以被訪問；如果不在，說明創(chuàng)建ReadView時(shí)生成該版本的事務(wù)已經(jīng)被提交，該版本可以被訪問。

當(dāng)一個(gè)事務(wù)要讀取一行數(shù)據(jù)，首先用上面規(guī)則判斷數(shù)據(jù)的最新版本也就是那行記錄，如果發(fā)現(xiàn)可以訪問就直接讀取了，如果發(fā)現(xiàn)不能訪問，就通過DATA_ROLL_PTR指針找到undo log，遞歸往下去找每個(gè)版本，知道讀取到自己可以讀取的版本為止，如果讀取不到就返回空。

所以訪問數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)里面會(huì)創(chuàng)建一個(gè)視圖，訪問的時(shí)候以視圖的邏輯結(jié)果為準(zhǔn)：

READ UNCOMMITED (未提交讀)：此隔離級(jí)別下直接返回記錄上的最新值，沒有視圖概念。因?yàn)樽x不會(huì)加任何鎖，所以寫操作在讀的過程中修改數(shù)據(jù)，所以會(huì)造成臟讀。好處是可以提升并發(fā)處理性能，能做到讀寫并行。

READ COMMITED (提交讀)：此隔離級(jí)別下，這個(gè)視圖是在每個(gè) SQL語(yǔ)句開始執(zhí)行的時(shí)候創(chuàng)建的。InnoDB在 READ COMMITTED，使用排它鎖,讀取數(shù)據(jù)不加鎖而是使用了MVCC機(jī)制?；蛘邠Q句話說他采用了讀寫分離機(jī)制。

REPEATABLE READ (可重復(fù)讀)：此隔離級(jí)別下，這個(gè)視圖是在事務(wù)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建的，整個(gè)事務(wù)存在期間都用這個(gè)視圖。

SERIALIZABLE (串行化)：此隔離級(jí)別下直接用加鎖的方式來避免并行訪問。

寫到這里，你也許發(fā)現(xiàn)了，MySQL中借助MVCC在可重復(fù)讀隔離級(jí)別下其實(shí)也杜絕了幻讀的發(fā)生。

三、總結(jié)

原子性：使用 undo log (回滾日志)實(shí)現(xiàn)回滾，從而保障未提交事務(wù)的原子性；

持久性：使用 redo log(重做日志)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)，從而保障已提交事務(wù)的持久性；

隔離性：使用鎖以及MVCC思想實(shí)現(xiàn)讀寫分離，讀讀并行，讀寫并行；

一致性：通過回滾、恢復(fù)和在并發(fā)環(huán)境下的隔離做到一致性。

到此這篇關(guān)于mysql事務(wù)和隔離級(jí)別底層原理淺析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)mysql事務(wù)和隔離級(jí)別內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！