原創 Mysql中事務ACID實現原理

照例，我們先來乙個場景~

面試官:"知道事務的四大特性麼?"

你:"懂，acid嘛，原子性(atomicity)、一致性(consistency)、隔離性(isolation)、永續性(durability)！"

面試官:"你們是用mysql資料庫吧，能簡單說說innodb中怎麼實現這四大特性的麼？「

你:"我只知道隔離性是怎麼做的balabala~~"

面試官:"還是回去等通知吧~"

我們以從a賬戶轉賬50元到b賬戶為例進行說明一下acid，四大特性。

根據定義，原子性是指乙個事務是乙個不可分割的工作單位，其中的操作要麼都做，要麼都不做。即要麼轉賬成功，要麼轉賬失敗，是不存在中間的狀態！

如果無法保證原子性會怎麼樣？

ok，就會出現資料不一致的情形，a賬戶減去50元，而b賬戶增加50元操作失敗。系統將無故丟失50元~

根據定義，隔離性是指多個事務併發執行的時候，事務內部的操作與其他事務是隔離的，併發執行的各個事務之間不能互相干擾。

如果無法保證隔離性會怎麼樣？

ok，假設a賬戶有200元，b賬戶0元。a賬戶往b賬戶轉賬兩次，金額為50元，分別在兩個事務中執行。如果無法保證隔離性，會出現下面的情形

如圖所示，如果不保證隔離性，a扣款兩次，而b只加款一次，憑空消失了50元，依然出現了資料不一致的情形！

ps:可能有細心的讀者已經發現了，mysql中是依靠鎖來解決隔離性問題。嗯，我們後面來說明。

根據定義，永續性是指事務一旦提交，它對資料庫的改變就應該是永久性的。接下來的其他操作或故障不應該對其有任何影響。

如果無法保證永續性會怎麼樣？

在mysql中，為了解決cpu和磁碟速度不一致問題，mysql是將磁碟上的資料載入到記憶體，對記憶體進行操作，然後再回寫磁碟。好，假設此時宕機了，在記憶體中修改的資料全部丟失了，永續性就無法保證。

設想一下，系統提示你轉賬成功。但是你發現金額沒有發生任何改變，此時資料出現了不合法的資料狀態，我們將這種狀態認為是資料不一致的情形。

根據定義，一致性是指事務執行前後，資料處於一種合法的狀態，這種狀態是語義上的而不是語法上的。

那什麼是合法的資料狀態呢？

ok，這個狀態是滿足預定的約束就叫做合法的狀態，再通俗一點，這狀態是由你自己來定義的。滿足這個狀態，資料就是一致的，不滿足這個狀態，資料就是不一致的！

如果無法保證一致性會怎麼樣？

例一:a賬戶有200元，轉賬300元出去，此時a賬戶餘額為-100元。你自然就發現了此時資料是不一致的，為什麼呢？因為你定義了乙個狀態，餘額這列必須大於0。

例二:a賬戶200元，轉賬50元給b賬戶，a賬戶的錢扣了，但是b賬戶因為各種意外，餘額並沒有增加。你也知道此時資料是不一致的，為什麼呢？因為你定義了乙個狀態，要求a+b的餘額必須不變。

問題一：mysql怎麼保證一致性的？

ok，這個問題分為兩個層面來說。

從資料庫層面，資料庫通過原子性、隔離性、永續性來保證一致性。也就是說acid四大特性之中，c(一致性)是目的，a(原子性)、i(隔離性)、d(永續性)是手段，是為了保證一致性，資料庫提供的手段。資料庫必須要實現aid三大特性，才有可能實現一致性。例如，原子性無法保證，顯然一致性也無法保證。

但是，如果你在事務裡故意寫出違反約束的**，一致性還是無法保證的。例如，你在轉賬的例子中，你的**裡故意不給b賬戶加錢，那一致性還是無法保證。因此，還必須從應用層角度考慮。

從應用層面，通過**判斷資料庫資料是否有效，然後決定回滾還是提交資料！

問題二: mysql怎麼保證原子性的？

ok，是利用innodb的undo log。

undo log名為回滾日誌，是實現原子性的關鍵，當事務回滾時能夠撤銷所有已經成功執行的sql語句，他需要記錄你要回滾的相應日誌資訊。

例如undo log記錄了這些回滾需要的資訊，當事務執行失敗或呼叫了rollback，導致事務需要回滾，便可以利用undo log中的資訊將資料回滾到修改之前的樣子。

ps:具體的undo log日誌長啥樣，這個可以寫一篇文章了。而且寫出來，看的人也不多，姑且先這麼簡單的理解吧。

問題三: mysql怎麼保證永續性的？

ok，是利用innodb的redo log。

正如之前說的，mysql是先把磁碟上的資料載入到記憶體中，在記憶體中對資料進行修改，再刷回磁碟上。如果此時突然宕機，記憶體中的資料就會丟失。

怎麼解決這個問題？

簡單啊，事務提交前直接把資料寫入磁碟就行啊。

這麼做有什麼問題？

於是，決定採用redo log解決上面的問題。當做資料修改的時候，不僅在記憶體中操作，還會在redo log中記錄這次操作。當事務提交的時候，會將redo log日誌進行刷盤(redo log一部分在記憶體中，一部分在磁碟上)。當資料庫宕機重啟的時候，會將redo log中的內容恢復到資料庫中，再根據undo log和binlog內容決定回滾資料還是提交資料。

採用redo log的好處？

其實好處就是將redo log進行刷盤比對資料頁刷盤效率高，具體表現如下

ps:不想具體去談redo log具體長什麼樣，因為內容太多了。

問題四: mysql怎麼保證隔離性的？

ok,利用的是鎖和mvcc機制。還是拿轉賬例子來說明，有乙個賬戶表如下

表名t_balance

iduser_id

balance1a

2002b0

其中id是主鍵，user_id為賬戶名，balance為餘額。還是以轉賬兩次為例，如下圖所示

至於mvcc,即多版本併發控制(multi version concurrency control),乙個行記錄資料有多個版本對快照資料，這些快照資料在undo log中。

如果乙個事務讀取的行正在做delele或者update操作，讀取操作不會等行上的鎖釋放，而是讀取該行的快照版本。

由於mvcc機制在可重複讀(repeateable read)和讀已提交(read commited)的mvcc表現形式不同，就不贅述了。

但是有一點說明一下，在事務隔離級別為讀已提交(read commited)時，乙個事務能夠讀到另乙個事務已經提交的資料，是不滿足隔離性的。但是當事務隔離級別為可重複讀(repeateable read)中，是滿足隔離性的。

原創 Mysql中事務ACID實現原理

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