事务的起源：事务池和管理器的初始化

爱可生开源社区 2024 全新技术专栏《MySQL 核心模块揭秘》第一期。

作者：操盛春，爱可生技术专家，公众号『一树一溪』作者，专注于研究 MySQL 和 OceanBase 源码。

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本文基于 MySQL 8.0.32 源码，存储引擎为 InnoDB。

1. 事务池和管理器

作为 MySQL 中支持事务的默认存储引擎，InnoDB 对表中数据的读写操作都在事务中执行。

MySQL 被设计为支持高并发，支持很多客户端同时连接到数据库，这些连接可以同时执行 SQL。

如果这些 SQL 都要读写 InnoDB 表，InnoDB 会为每个连接启动一个事务，这意味着需要同时启动很多事务。

对于 TP 场景，通常情况下，事务都会很快执行完成。启动事务、执行 SQL、提交事务的整个流程只会持续很短的时间。

TP 是 OLTP 的简称，表示在线事务处理；与之相对的另一个常用术语 AP，是 OLAP 的简称，表示在线事务分析。

以这样一个场景为例：

• 客户端连接到 MySQL。
• 客户端执行 begin 语句。
• 客户端执行一条 update 语句，按主键 ID 更新一条记录。
  这个步骤中，InnoDB 会在执行 update 语句之前，真正启动一个事务。
• 客户端执行 commit 语句。
• 客户端关闭数据库连接。InnoDB 会在这一步释放事务。

在这个场景下，InnoDB 事务从启动到释放的整个生命周期，有可能只持续 1 ~ 2 毫秒（甚至更短）。

由于要存放事务 ID、事务状态、Undo 日志编号、事务所属的用户线程等信息，每个事务都有一个与之对应的对象，我们称之为事务对象。

每个事务对象都要占用内存，如果每启动一个事务都要为事务对象分配内存，释放事务时又要释放内存，会降低数据库性能。

为了避免频繁分配、释放内存对数据库性能产生影响，InnoDB 引入了事务池（Pool），用于管理事务。

顾名思义，事务池是一个池子，这个池子存放的东西既不是水，也不是酒，而是事务对象。

对比我们生活中的各种池子，例如：水池、洗手池、池塘，都是有大小限制的。

事务池也一样有大小限制，不能无限制的存放事务对象。数据库繁忙的时候，有很多很多事务对象，需要多个事务池来管理。

事务池多了之后，又会引发另一些问题，例如：

• 怎么创建新的事务池？
• 客户端创建了一个新的数据库连接，要获取一个新的事务对象，从哪个事务池获取？
• 其它问题...

为了解决这些问题，InnoDB 又引入了事务池管理器（PoolManager），用于管理事务池。

MySQL 启动过程中，InnoDB 先创建事务池管理器，然后，事务池管理器创建并初始事务池。

2. 创建事务池管理器

InnoDB 整个生命周期中，事务池管理器只有一个，它有个很重要的属性（m_size），用于指定每个事务池能用多大内存来存放事务对象。

这个属性值来源于一个硬编码的常量值，代码里是这样定义的：

/** Size of on trx_t pool in bytes. */
static const ulint MAX_TRX_BLOCK_SIZE = 1024 * 1024 * 4;

这意味着每个事务池能用来存放事务对象的内存是 4194304 字节，也就是 4M。

MySQL 启动过程中，事务池管理器只会创建并初始化一个事务池。

这个事务池会放入事务池管理器的 m_pools 属性。这个属性是个数组（vector），用于管理所有事务池。

创建事务池的过程中，InnoDB 会分配一块 4M 的内存用于存放事务对象。

每个事务对象的大小为 992 字节，4M 内存能够存放 4194304 / 992 = 4228 个事务对象。

3. 初始化事务池

事务池创建完成之后，就该初始化了。事务池的初始化，主要是为了得到一些事务对象。

事务池有一个队列，用于存放已经初始化的事务对象。我们称这个队列为事务队列。

一个事务池有 4M 内存可以存放事务对象，这块内存会被分隔成 4228 个小块。每初始化一块小内存，就会得到一个事务对象，这个事务对象会被放入事务队列。

InnoDB 初始化事务池的过程中，不会初始化全部的 4228 块小内存，只会初始化最前面的 16 块小内存，得到 16 个事务对象并放入事务队列。

初始事务池完成之后，事务队列中只有 16 个事务对象。

那么，剩余的 4212 块小内存什么时候会被初始化？

**它们会在这种情况下被初始化：**启动过程中初始化的 16 个事务对象都被取走使用了，事务队列变成空队列了。

此时，需要再分配一个事务对象用于启动新事务，InnoDB 就会把剩余的 4212 块小内存全部初始化，得到 4212 个事务对象并放入事务队列。

有一点需要说明，不管是启动过程中初始化的 16 块小内存，还是运行过程中初始化的 4212 块小内存，都是在循环里一个一个初始化的。每一轮循环都要干两件事：

• 初始化一块小内存，得到一个事务对象。
• 把事务对象放入事务池的事务队列中。

初始化小块内存的过程中，会初始化事务对象的各个属性。这里我们就不一一介绍这些属性了，等到该它们出场的时候，再按需介绍。

4. 总结

InnoDB 只有一个事务池管理器，用于管理 N 个事务池（N >= 1），每个事务池可以管理 4228 个事务对象。

MySQL 启动过程中，InnoDB 会先创建事务管理器。事务管理器会创建一个事务池，初始化 16 个事务对象放入事务池的事务队列。

MySQL 运行过程中，如果这 16 个事务对象都正在被使用，InnoDB 需要一个新的事务对象时，会一次性初始化剩余的 4212 个事务对象并放入事务池的事务队列。

本期问题 ：运行过程中，创建一个新的事务池，会分配多少内存？初始化多少个事务对象？

关于本期主题，如果大家有任何疑问，欢迎留言交流！
下期预告：BEGIN 语句会马上启动事务吗？

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