由事务扩展开谈一谈

事务的四个特性

ACID

• 原子性：事务中的操作要么全部成功，要么全部失败。通过 undo log 实现
• 一致性：数据库在事务执行前后都处于一个正确的状态。
• 隔离性：事务执行过程中，不应该收到其他事务的打扰，并发的事务要隔离。通过锁、MVCC实现
• 持久性：事务执行完成之后，数据将永远保存在数据库中，即使出现意外宕机的情况，也不应该对这部分数据造成任何影响。通过 redo log 实现

事务的四个隔离级别

• 读取未提交：事务的修改，即使没有提交，对其他事务也都是可见的。这种现象叫脏读。
• 读取已提交：事务读取已提交的数据，大多数数据库的默认隔离级别。当一个事务在执行过程中，前后读取的信息不一样，这种情况称为不可重复读。
• 可重复读：mysql 的默认隔离级别。它解决了脏读、不可重复读问题、存在幻读问题。幻读：当一个事务A读取某一个范围的数据时，另一个事务B在这个范围插入行，A事务再次读取这个范围的数据时，会产生幻读。
• 可串行化：所有事务依次逐个执行，互相之间没有干扰。

redo log & bin log

数据是存放在磁盘中的，如果每次读写数据都需做磁盘IO操作，并发场景下性能就会很差。为此 Mysql 引入缓存 Buffer Pool 来缓解数据库的磁盘压力。

当从数据库读数据时，首先从缓存中读取，如果缓存中没有，则从磁盘读取后放入缓存；当向数据库写入数据时，先向缓存写入，此时缓存中的数据页数据变更，这个数据页称为脏页；Buffer Pool 中的数据会定期刷到磁盘中，这个过程称为刷脏页。

Mysql 宕机，如果刷脏页还未完成，更新就会丢失，无法保证事务的持久化。

为了解决这个问题引入了 redo log

redo log 是属于 InnoDB 的事务日志，它是物理日志，记录的是数据库中每个页的修改，而不是某一行或某几行修改成怎样，可以用来恢复提交后的物理数据页，且只能恢复到最后一次提交的位置。

redo log 使用了 write ahead logging 技术，即先写日志，再修改 Buffer Pool 中的数据，至于缓存何时刷盘则有后台线程异步处理了。如果写的顺序反过来，可能存在日志和数据不一致的情况。

说了 redo log 就不得不说 bin log

bin log 是 Mysql Server 层面的，记录的所有的 DDL、DML 操作，用来备份数据和主备同步数据。想要做到主备数据一致就得保证 redo log 和 binlog 的一致性，因此 redo log 的写入使用两阶段提交，如下图，prepare阶段 redo log 写入磁盘，然后 binlog 写入磁盘，最后事务提交。

在 BC 两个点会出现数据不一致的问题。服务器重启后发现 redo log 中处于 prepare 状态的记录，再根据事务ID 检查 binlog 是否包含此条 redo log 的更新内容，如果不包含，redo log 丢弃此次变更，如果包含，事务会提交。

undo log

属于 InnoDB 的事务日志，属于逻辑日志，其回滚作用，是保障事务原子性的关键。

记录的是数据修改前的状态。

• 比如事务执行一条更新语句时，会先在 undo log 中写入一条相反操作的逻辑日志。
• 同一个事务中对同一条记录的修改不会记录多条日志，undo log 只保存了数据的原始版本。

MVCC

MVCC，即多版本并发控制，在 InnoDB 中的实现主要是为了提高数据库并发性能，用更好的方式去处理读写冲突，做到即使有读写冲突时，也能做到不加锁，非阻塞并发读。

当前读与快照读：

• 当前读：select for update、update、insert、delete 这些操作都是当前读，什么叫当前读？读取的是记录的最新版本，且会对读取的记录加锁，保证其他并发事务不能修改当前记录
• 快照读：快照读是 Mysql 为 MVCC 实现的一个非阻塞读并发功能，读取的不一定是最新记录，也有可能是某个历史记录。

MVCC解决的问题

数据库并发场景有三种：

• 读读：不存在任何问题，也不需要并发控制
• 读写：有线程安全问题，可能会造成事务隔离性问题，可能遇到脏读、幻读、不可重复读
• 写写：有线程安全问题，可能存在更新丢失问题

MVCC 解决的问题

• 在并发读写数据库时，可以做到在读操作时不用阻塞写操作，写操作也不用阻塞读操作，提高了数据库并发读写的性能
• 解决脏读、幻读、不可重复读等事务隔离问题，但是不能解决更新丢失问题（加锁解决）

MVCC的实现原理

MVCC 由三个隐式字段、undo log、read view 三个组件实现。

三个隐式字段：每行记录除了我们自定义的字段外，还有数据库定义的一些隐式字段字段

• DB_TRX_ID：最近修改事务ID，记录创建这条记录或者最后一次修改该记录的事务ID
• DB_ROLL_PTR：回滚指针，指向 undolog 中上一个数据版本
• DB_ROW_JD：隐藏的主键，如果数据表没有主键，那么 innodb 会自动生成一个6字节的row_id

undo log：

undolog 会用链表有序存储一条记录的所有历史版本，链首是最新版本，链尾是最旧版本。

Read View：

Read View 是事务进行快照读的时候生成的视图，在事务执行快照读的那一刻，会生成一个数据系统当前的快照，记录并维护系统当前活跃事务的id，事务的id值是递增的。

Read View 的最大作用是用来做可见性判断的，有三个全局属性：

• trx_list：一个数值列表，存储活跃的事务ID
• up_limit_id：记录 trx_list 列表中事务ID最小的ID
• low_limit_id：记录 Read View 生成时刻系统尚未分配的下一个事务ID

具体的比较规则如下：

1. 首先比较 DB_TRX_ID < up_limit_id，是：当前事务能看到 DB_TRX_ID 所在的记录，否：进入下一个判断
2. 判断 DB_TRX_ID >= low_limit_id，是：代表 DB_TRX_ID 所在的记录在 Read View 生成后才出现的，对于当前事务肯定不可见，否：进入下一步判断
3. 判断 DB_TRX_ID 是否在活跃事务中，是：当前事务是看不到活跃事务的，否：说明这个事务在 Read View 生成之前就已经提交了，那么修改的结果是能够看见的。

RC、RR级别下快照读有什么不同

• 在 RC 隔离级别下，每个快照读都会生成并获取最新的 Read View
• 在 RR 隔离级别下，同一个事务中的第一个快照读才会创建 Read View，之后的快照读获取的都是同一个 Read View

如何解决幻读问题

• 如果事务中都是用快照读，那么不会产生幻读的问题
• 快照读和当前读一起使用的时候就会产生幻读
• 如果都是当前读的话，通过间隙锁来解决幻读问题