Mysql事务

1. ACID

在关系型数据库管理系统中，一个逻辑工作单元要成为事务，必须满足这 4 个特性，即所谓的 ACID： 原子性(Atomicity)、一致性( Consistency)、隔离性( Isolation )和持久性( Durability)。

1.1 原子性

原子性：事务是一个原子操作单元，其对数据的修改，要么全都执行，要么全都不执行。

修改---》 Bu?er Pool修改---》刷盘。可能会有下面两种情况：

• 事务提交了，如果此时Bu?er Pool的脏页没有刷盘，这时候宕机了，如何保证修改的数据生效？ Redo

• 如果事务没提交，但是Bu?er Pool的脏页刷盘了，如何保证不该存在的数据撤销？ Undo

每一个写事务，都会修改Bu?erPool ，从而产生相应的Redo/Undo日志，在Bu?er Pool 中的页被刷到 磁盘之前，这些日志信息都会先写入到日志文件中，如果 Bu?er Pool 中的脏页没有刷成功，此时数据 库挂了，那在数据库再次启动之后，可以通过 Redo 日志将其恢复出来，以保证脏页写的数据不会丢失。如果脏页刷新成功，此时数据库挂了，就需要通过Undo来实现了。

1.2 持久性

持久性：指的是一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的，后续的操作或故障不 应该对其有任何影响，不会丢失。

如下图所示，一个“提交”动作触发的操作有： binlog落地、发送binlog、存储引擎提交、 ?ush_logs， check_point、事务提交标记等。这些都是数据库保证其数据完整性、持久性的手段。

MySQL的持久性也与WAL技术相关， redo log在系统Crash重启之类的情况时，可以修复数据，从而保 障事务的持久性。通过原子性可以保证逻辑上的持久性，通过存储引擎的数据刷盘可以保证物理上的持 久性。

1.3 隔离性

隔离性：指的是一个事务的执行不能被其他事务干扰，即一个事务内部的操作及使用的数据对其他的并 发事务是隔离的。

InnoDB 支持的隔离性有 4 种，隔离性从低到高分别为：读未提交、读提交、可重复读、串行化。锁和多版本并发控制( MVCC )技术就是用于保障隔离性的(后面课程详解)。

1.4 一致性

一致性：指的是事务开始之前和事务结束之后，数据库的完整性限制未被破坏。一致性包括两方面的内 容，分别是约束一致性和数据一致性。

约束一致性：创建表结构时所指定的外键、 Check、唯一索引等约束，可惜在 MySQL 中不支持 Check 。

数据一致性：是一个综合性的规定，因为它是由原子性、持久性、隔离性共同保证的结果，而不是 单单依赖于某一种技术。

一致性也可以理解为数据的完整性。数据的完整性是通过原子性、隔离性、持久性来保证的，而这3个 特性又是通过 Redo/Undo 来保证的。逻辑上的一致性，包括唯一索引、外键约束、 check 约束，这属 于业务逻辑范畴。

ACID 及它们之间的关系如下图所示， 4个特性中有3个与 WAL 有关系，都需要通过 Redo、 Undo 日志 来保证等。

WAL的全称为Write-Ahead Logging ，先写日志，再写磁盘。

2.并发事务控制

2.1 并发事务

事务并发处理可能会带来一些问题，比如：更新丢失、脏读、不可重复读、幻读等。

• 更新丢失

当两个或多个事务更新同一行记录，会产生更新丢失现象。可以分为回滚覆盖和提交覆盖。

• 回滚覆盖：一个事务回滚操作，把其他事务已提交的数据给覆盖了。

• 提交覆盖：一个事务提交操作，把其他事务已提交的数据给覆盖了。

脏读

一个事务读取到了另一个事务修改但未提交的数据。

不可重复读

一个事务中多次读取同一行记录不一致，后面读取的跟前面读取的不一致。

幻读

一个事务中多次按相同条件查询，结果数量不一致。后续查询的结果和面前查询结果不同，多了或少了几行记录。

2.3 排队

最简单的方法，就是完全顺序执行所有事务的数据库操作，不需要加锁，简单的说就是全局排队。序列 化执行所有的事务单元，数据库某个时刻只处理一个事务操作，特点是强一致性，处理性能低。

2.2 排他锁

引入锁之后就可以支持并发处理事务，如果事务之间涉及到相同的数据项时，会使用排他锁，或叫互斥锁，先进入的事务独占数据项以后，其他事务被阻塞，等待前面的事务释放锁。

注意，在整个事务1结束之前，锁是不会被释放的，所以，事务2必须等到事务1结束之后开始。

2.3 读写锁

读和写操作：读读、写写、读写、写读。

读写锁就是进一步细化锁的颗粒度，区分读操作和写操作，让读和读之间不加锁，这样下面的两个事务 就可以同时被执行了。

读写锁，可以让读和读并行，而读和写、写和读、写和写这几种之间还是要加排他锁。

3.隔离级别

3.1 隔离级别类型

前面提到的“更新丢失”、”脏读”、“不可重复读”和“幻读”等并发事务问题，其实都是数据库一致性问题， 为了解决这些问题， MySQL数据库是通过事务隔离级别来解决的，数据库系统提供了以下 4 种事务隔 离级别供用户选择。

• 读未提交

Read Uncommitted 读未提交：解决了回滚覆盖类型的更新丢失，但可能发生脏读现象，也就是 可能读取到其他会话中未提交事务修改的数据。

• 已提交读

Read Committed 读已提交：只能读取到其他会话中已经提交的数据，解决了脏读。但可能发生 不可重复读现象，也就是可能在一个事务中两次查询结果不一致。

• 可重复度

Repeatable Read 可重复读：解决了不可重复读，它确保同一事务的多个实例在并发读取数据时，会看到同样的数据行。不过理论上会出现幻读，简单的说幻读指的的当用户读取某一范围的数 据行时，另一个事务又在该范围插入了新行，当用户在读取该范围的数据时会发现有新的幻影行。

• 可串行化

Serializable 串行化：所有的增删改查串行执行。它通过强制事务排序，解决相互冲突，从而解决 幻度的问题。这个级别可能导致大量的超时现象的和锁竞争，效率低下。

数据库的事务隔离级别越高，并发问题就越小，但是并发处理能力越差(代价)。读未提交隔离级别最 低，并发问题多，但是并发处理能力好。以后使用时，可以根据系统特点来选择一个合适的隔离级别， 比如对不可重复读和幻读并不敏感，更多关心数据库并发处理能力，此时可以使用Read Commited隔 离级别。

事务隔离级别，针对Innodb引擎，支持事务的功能。像MyISAM引擎没有关系。

事务隔离级别和锁的关系

1 )事务隔离级别是SQL92定制的标准，相当于事务并发控制的整体解决方案，本质上是对锁和MVCC使 用的封装，隐藏了底层细节。

2)锁是数据库实现并发控制的基础，事务隔离性是采用锁来实现，对相应操作加不同的锁，就可以防 止其他事务同时对数据进行读写操作。

3 )对用户来讲，首先选择使用隔离级别，当选用的隔离级别不能解决并发问题或需求时，才有必要在 开发中手动的设置锁。

MySQL默认隔离级别：可重复读

Oracle、SQLServer默认隔离级别：读已提交

一般使用时，建议采用默认隔离级别，然后存在的一些并发问题，可以通过悲观锁、乐观锁等实现处 理。

3.2 MySQL隔离级别控制

MySQL默认的事务隔离级别是Repeatable Read ，查看MySQL当前数据库的事务隔离级别命令如下：

show variables like 'tx_isolation';

select @@tx_isolation;

设置事务隔离级别可以如下命令：

set tx_isolation='READ-UNCOMMITTED';

set tx_isolation='READ-COMMITTED';

set tx_isolation='REPEATABLE-READ';

set tx_isolation='SERIALIZABLE';

4.MVCC(重点)

简介

什么是 MVCC ?

MVCC（Multi-Version Concurrency Control）即多版本并发控制。MVCC 是一种并发控制的方法，一般在数据库管理系统中，实现对数据库的并发访问。MVCC使得大部分支持行锁的事务引擎，不再单纯的使用行锁来进行数据库的并发控制，取而代之的是把数据库的行锁与行的多个版本结合起来，只需要很小的开销，就可以实现非锁定读，从而大大提高数据库系统的并发性能。

MVCC 在 MySQL 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

什么是当前读和快照读？

在学习 MVCC 多版本并发控制之前，我们必须先了解一下，什么是 MySQL InnoDB 下的当前读和快照读?

• 当前读像 select lock in share mode (共享锁), select for update; update; insert; delete (排他锁)这些操作都是一种当前读。

  为什么叫当前读？就是它读取的是记录的最新版本，读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录，会对读取的记录进行加锁

• 快照读像不加锁的 select 操作就是快照读，即不加锁的非阻塞读；快照读的实现是基于多版本并发控制，而有可能是之前的历史版本。

MVCC 就是为了实现读-写冲突不加锁，而这个读指的就是 快照读 , 而非当前读。

当前读实际上是一种加锁的操作，是悲观锁的实现

当前读，快照读和MVCC的关系

• MVCC 多版本并发控制是 「维持一个数据的多个版本，使得读写操作没有冲突」 的概念，只是一个抽象概念，并非实现
• 因为 MVCC 只是一个抽象概念，要实现这么一个概念，MySQL 就需要提供具体的功能去实现它，「快照读就是 MySQL 实现 MVCC 理想模型的其中一个非阻塞读功能」。而相对而言，当前读就是悲观锁的具体功能实现
• 要说的再细致一些，快照读本身也是一个抽象概念，再深入研究。MVCC 模型在 MySQL 中的具体实现则是由 3 个隐式字段，undo 日志 ，Read View 等去完成的，具体可以看下面的 MVCC 实现原理

MVCC 能解决什么问题，好处是？

数据库并发场景有三种，分别为：

• 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，可能会存在更新丢失问题，比如第一类更新丢失，第二类更新丢失

MVCC 带来的好处是？多版本并发控制（MVCC）是一种用来解决读-写冲突的无锁并发控制，也就是为事务分配单向增长的时间戳，为每个修改保存一个版本，版本与事务时间戳关联，读操作只读该事务开始前的数据库的快照。 所以 MVCC 可以为数据库解决以下问题

• 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
• 同时还可以解决脏读，幻读，不可重复读等事务隔离问题，但不能解决更新丢失问题

如何使用MVCC解决并发问题？有了 MVCC，所以我们可以形成两个组合：

• MVCC + 悲观锁MVCC解决读写冲突，悲观锁解决写写冲突
• MVCC + 乐观锁MVCC 解决读写冲突，乐观锁解决写写冲突

这种组合的方式就可以最大程度的提高数据库并发性能，并解决读写冲突，和写写冲突导致的问题

MVCC 的实现原理

MVCC 的目的就是多版本并发控制，在数据库中的实现，就是为了解决读写冲突，它的实现原理主要是依赖记录中的 3个隐式字段，undo日志 ，Read View 来实现的。所以我们先来看看这个三个 point 的概念

隐式字段

每行记录除了我们自定义的字段外，还有数据库隐式定义的 DB_TRX_ID, DB_ROLL_PTR, DB_ROW_ID等字段

• DB_TRX_ID6 byte，最近修改(修改/插入)事务 ID：记录创建这条记录/最后一次修改该记录的事务 ID
• DB_ROLL_PTR7 byte，回滚指针，指向这条记录的上一个版本的undo log
• DB_ROW_ID6 byte，隐含的自增 ID（隐藏主键），如果数据表没有主键，InnoDB 会自动以DB_ROW_ID产生一个聚簇索引

undo日志

undo log 主要分为两种：

• insert undo log代表事务在 insert 新记录时产生的 undo log, 只在事务回滚时需要，并且在事务提交后可以被立即丢弃
• update undo log事务在进行 update 或 delete 时产生的 undo log ; 不仅在事务回滚时需要，在快照读时也需要；所以不能随便删除，只有在快速读或事务回滚不涉及该日志时，对应的日志才会被 purge 线程统一清除

对 MVCC 有帮助的实质是 update undo log ，undo log 实际上就是存在 rollback segment 中旧记录链，

执行流程：

一、 比如一个有个事务插入 persion 表插入了一条新记录

记录如下， name 为 Jerry , age 为 24 岁， 隐式主键 是 1， 事务 ID 和 回滚指针 ，我们假设为 NULL

二、 现在来了一个 事务 1 对该记录的 name 做出了修改，改为 Tom

• 在事务 1修改该行(记录)数据时，数据库会先对该行加排他锁
• 然后把该行数据拷贝到 undo log 中，作为旧记录，既在 undo log 中有当前行的拷贝副本
• 拷贝完毕后，修改该行name为Tom，并且修改隐藏字段的事务 ID 为当前事务 1的 ID, 我们默认从 1 开始，之后递增，回滚指针指向拷贝到 undo log 的副本记录，既表示我的上一个版本就是它
• 事务提交后，释放锁

三、 又来了个事务 2 修改person 表 的同一个记录，将age 修改为 30 岁

• 在事务2修改该行数据时，数据库也先为该行加锁
• 然后把该行数据拷贝到 undo log 中，作为旧记录，发现该行记录已经有 undo log 了，那么最新的旧数据作为链表的表头，插在该行记录的 undo log 最前面
• 修改该行 age 为 30 岁，并且修改隐藏字段的事务 ID 为当前事务 2的 ID, 那就是 2 ，回滚指针指向刚刚拷贝到 undo log 的副本记录
• 事务提交，释放锁

不同事务或者相同事务的对同一记录的修改，会导致该记录的undo log成为一条记录版本线链表，undo log 的链首就是最新的旧记录，链尾就是最早的旧记录

Read View 读视图

什么是 Read View?

**Read View 就是事务进行快照读操作的时候生产的读视图 (Read View)**，在该事务执行的快照读的那一刻，会生成数据库系统当前的一个快照，记录并维护系统当前活跃事务的 ID

我们可以把 Read View 简单的理解成有三个全局属性

• 活跃事务列表

  • 一个数值列表
  • 用于维护 Read View 生成时刻系统 正活跃的事务 ID 列表

• up_limit_id

  • lower water mark
  • 是 trx_list 列表中事务 ID 最小的 ID

• low_limit_id

  • hight water mark
  • ReadView 生成时刻系统尚未分配的下一个事务 ID ，也就是 目前已出现过的事务 ID 的最大值 + 1
  • 为什么是 low_limit ? 因为它也是系统此刻可分配的事务 ID 的最小值

这两个 ID 其实就可以从当前执行的事务的视角，将所有的事务分为三个部分

• 小于低水位的部分一定是当前事务开始前就提交了的部分

• 大于等于高水位的则一定是还未提交的事务，我们一定不可见

• 处于中间的部分就要分类讨论了：

  • 如果在视图数组中，说明当前事务开始时，这些事务仍在活跃，所以应该是不可见的；
  • 如果不在数组中，说明在仍活跃着的事务范围内，但其中有一些事务虽然不是开始最早的，但是结束的却比活跃数组中的事务早，以至于当前事务开始时，这些事务已经结束，所以就应该是可见的。

可见事务id总结

要么比低水位更早，要么比高水位的 id 小但是不能出现在活跃事物数组中。

整体流程

流程模拟

• 当事务 2对某行数据执行了快照读，此时还有事务1和事务3在活跃中，事务 4在事务 2快照读前一刻提交更新了。

事务 1事务 2事务 3事务 4事务开始事务开始事务开始事务开始………修改且已提交进行中快照读进行中………

• up_limit_id 就是1，low_limit_id 就是 4 + 1 = 5，活跃事务列表值是 1, 3，Read View 如下图

• 我们的例子中，只有事务 4 修改过该行记录，并在事务 2 执行快照读前，就提交了事务。所以当前DB_TRX_ID 为4

• 拿该记录 DB_TRX_ID 字段记录的事务 ID 4 去跟 Read View 的 up_limit_id 比较

  • DB_TRX_ID(4)大于 up_limit_id(1)，所以不符合可见条件
  • 继续判断 DB_TRX_ID(4) 是否大于等于 low_limit_id(5)，不符和不可见条件
  • 最后判断 DB_TRX_ID(4) 是否处于 trx_list 中的活跃事务, 最后发现事务 ID 为 4 的事务不在当前活跃事务列表中, 符合可见性条件
  • 如果上述三点判断后不符合可见性，则去undolog链中找上一条记录的DB_TRX_ID，重复123步查找

  所以事务 4修改后提交的最新结果对事务 2 快照读时是可见的，获取字段的值为'A'

MVCC 相关问题

RR 是如何在 RC 级的基础上解决不可重复读的？

Read View 生成时机的不同，从而造成 RC , RR 级别下快照读的结果的不同

当前读和快照读在 RR 级别下的区别：

表1:

事务A事务B开启事务开启事务快照读(无影响)查询金额为500快照读查询金额为500更新金额为400提交事务select 快照读金额为500select lock in share mode当前读金额为400

在上表的顺序下，事务 B 的在事务 A 提交修改后的快照读是旧版本数据，而当前读是实时新数据 400

表2:

事务A事务B开启事务开启事务快照读（无影响）查询金额为500更新金额为400提交事务select 快照读金额为400select lock in share mode当前读金额为400

而在表 2这里的顺序中，事务 B 在事务 A 提交后的快照读和当前读都是实时的新数据 400，这是为什么呢？

表2的第一次快照读在事务A更新金额为400而且commit之后发生

RC , RR 级别下的 InnoDB 快照读有什么不同？

正是 Read View 生成时机的不同，从而造成 RC , RR 级别下快照读的结果的不同

在 RC 隔离级别下，是每个快照读都会生成并获取最新的 Read View；

而在 RR 隔离级别下，则是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。