MySQL事务原理浅析

前言
​ 因为自己对数据的可靠性，可用性方面特别感兴趣，所以在MySQL事务方面看了很多资料，也看了很多博客，所以想到自己也写一篇博客整理整理自己所学内容，尽量用自己的语言解释得通俗易懂。

事务经典场景
​ 在很多介绍事务的博客都会代入这样一个场景，先简单说说：

​ A给B转账100，A少100，B多100。如果A少100后系统崩溃怎么办？B的钱多不了，这样金钱总数凭空少了100。这里就需要用到事务了。

什么是事务？
​ 事务是恢复和并发控制的基本单位，事务有四个特性（ACID），原子性（Atomicity），一致性（Consistency），隔离性（Isolation），持久性（Durability）。本文主要围绕这四个特性展开介绍。

原子性
​ 原子性就是不可拆分的特性，要么全部成功然后提交(commit)，要么全部失败然后回滚（rollback）。若开启事务，在上述场景就不会出现 A少100 成功，B多100 失败 这种情况。MySQL通过Redo Log重做日志实现了原子性，在将执行SQL语句时，会先写入redo log buffer，再执行SQL语句，若SQL语句执行出错就会根据redo log buffer中的记录来执行回滚操作，由此拥有原子性。

一致性
​ 一致性指事务将数据库从一种状态转变为下一种一致的状态。比如有一个字段name有唯一索引约束，那么在事务前后都不能有重复的name出现违反唯一索引约束，否则回滚。在上述场景中即金钱总数总是200，不能凭空增加减少。MySQL通过undo Log实现一致性，执行SQL语句时，会先写入undo log再写入 redo log buffer。undo是逻辑日志，会根据之前的SQL语句进行相应回滚，比如之前是insert那么回滚时会执行一个delete，一个update会执行 一个相反的update。并且除了回滚，undo log还有一个作用是MVCC，当用户读取一行记录时，若该记录已经被其他事务占用，当前事务可通过undo读取之前的行版本信息，实现非锁定读取。并且undo log也会产生redo log，因为undo log也需要持久性的保护。

隔离性
​ 首先介绍如果没有隔离性会发生的4种情况

丢失更新
​ A事务撤销时，把已经提交的B事务的更新数据覆盖了。这种错误可能造成很严重的问题，通过下面的账户取款转账就可以看出来，MySQL通过三级封锁协议的第一级解决了丢失更新，事务 T 要修改数据 A 时必须加 X 锁，直到 T 结束才释放锁。

时间	取款事务A	转账事务B
T1	开始事务
T2		开始事务
T3	查询账户余额为1000元
T4		查询账户余额为1000元
T5		汇入100元把余额改为1100元
T6		提交事务
T7	取出100元把余额改为900元
T8	撤销事务
T9	余额恢复为1000 元（丢失更新）

脏读

​ 脏读主要是读取到了其他事务的数据，而其他事务随后发生回滚。MySQL通过三级封锁协议的第二级解决了脏读，在一级的基础上，要求读取数据 A 时必须加 S 锁，读取完马上释放 S 锁。

时间	取款事务A	转账事务B
T1	开始事务
T2		开始事务
T3	查询账户余额为1000元
T4
T5		汇入100元把余额改为1100元
T6	查询账户余额为1100元（脏读）
T7		撤销事务
T8	汇入100元以为是1200元

不可重复读

​ 不可重复读是读取到数据后，随后其他事务对数据发生了修改，无法再次读取。MySQL通过三级封锁协议的第三级解决了不可重复读。在二级的基础上，要求读取数据 A 时必须加 S 锁，直到事务结束了才能释放 S 锁。

时间	取款事务A	转账事务B
T1	开始事务
T2		开始事务
T3	查询账户余额为1000元
T4
T5		汇入100元把余额改为1100元
T6	查询账户余额为1100元（不可重复读）
T7		提交事务
T8	提交事务

幻读
​ 幻读是读取到数据后，随后其他事务对数据发生了新增，无法再次读取。在InnoDB引擎Repeatable Read的隔离级别下，MySQL通过Next-Key Lock以及MVCC解决了幻读，事务中分为当前读以及快照读。

1.快照读(snapshot read) ——通过MVCC来避免幻读

简单的select操作(不包括 select … lock in share mode, select … for update)

2.当前读(current read) ——通过Next-Key Lock 来避免幻读 Next-Key Lock即间隙锁（Gap Lock）+行锁 （Record Lock）

select … lock in share mode

select … for update

insert

update

delete

*时间*	取款事务A	转账事务B
T1	开始事务
T2		开始事务
T3	查询账户余额为1000元 RMB 100元美元
T4
T5		汇入100欧元
T6	查询账户余额为1000元 RMB 100元美元 100欧元（幻读）
T7		提交事务
T8	提交事务

事务有四个隔离级别

Read Uncommitted
​ 解决了丢失更新

Read Committed
​ 解决了丢失更新+脏读

Repeatable Read
​ 解决了丢失更新+脏读+不可重复读 （Innodb下也解决了幻读，原理上文已说明）

Serializable
​ 解决了丢失更新+脏读+不可重复读+幻读

从上至下，性能越差，安全性越优。

持久性
一旦事务提交，则其所做的修改就会永久保存到数据库中。此时即使系统崩溃，修改的数据也不会丢失。具体实现原理就是在事务commit之前会将，redo log buffer中的数据持久化到硬盘中的redo log file，这样在commit的时候，硬盘中已经有了我们修改或新增的数据，由此做到持久化。

总结
​ 简单总结了一下MySQL事务，对于Redo Undo没有做到了如指掌的掌握所以介绍篇幅不太大，随着学习深入以后会进行相应补充。

参考资料
—–《MySQL技术内幕 InnoDB存储引擎》 第2版