MySQL学习2之事务ACID特性以及实现机制

MySQL数据库事务有四大特性，简称为ACID，分别是原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability），共同确保了数据库事务的正常执行，保证了事务的一致性和可靠性。

一、原子性（Atomicity）

原子性 是指事务的语句为一个整体 ，要么全部执行成功 ，要么全部不执行 （存在命令执行出错，数据全部回滚到事务开始执行前的状态），进而保证数据的一致性和可靠性。

**例子：**银行需要办理用户A向用户B转账1万元的业务，需要A扣款1万元，B增加1万元，当A扣款成功后，B入账1万元出现问题，此时需要回滚数据，将A和B的数据恢复至转账服务前的情况。

**实现机制：**Undo Log（撤销日志）机制------Undo Log用于记录事务执行前的数据状态，以及事务执行过程中对数据所做的修改，以便在需要时能够恢复到之前的版本。

二、一致性（Consistency）

一致性 是指确保事务的执行不会破坏数据库的有效状态 。事务执行前后，数据库中的数据必须满足所有的预定义约束和业务规则（如外键约束、唯一性约束）。

**例子：**还是上面的转账服务，一致性确保了转账操作完成后，总余额没有改变，而且两个账户的余额都符合预期的变化。如果在事务过程中发生任何问题（如网络中断、系统崩溃等），事务将回滚，数据库将恢复到事务开始前的状态，以保持一致性。

实现机制：

Redo Log（重做日志）机制：Redo Log 主要用来记录事务对数据库所做的物理修改，确保这些修改能够持久化到磁盘。即使在系统故障（如断电）的情况下，通过重放 Redo Log 文件中的记录，数据库系统也能够恢复未完成的事务，以确保这些修改能够在系统故障后得到恢复。
约束：约束是在表定义中指定的规则，用于限制可以存储在表中的数据。MySQL支持多种类型的约束，如主键、外键、非空、默认值。
触发器：触发器是一种存储过程，它在特定事件（如INSERT、UPDATE或DELETE操作）发生时自动执行复杂逻辑或业务规则，进一步增强数据的一致性和完整性。

三、隔离性（Isolation）

隔离性是指确保并发执行的事务之间相互独立，互不影响，就像每个事务单独执行一样。

**例子：**如果有两个并发的事务试图同时修改同一行数据，隔离性确保一个事务的操作不会影响另一个事务的结果，直到第一个事务提交。

实现机制：

事务隔离等级： 事务隔离级别定义了事务之间数据可见性的程度。MySQL支持四种标准的事务隔离级别，它们按顺序从低到高分别是：
1. 读未提交 (Read Uncommitted)：最低的隔离级别，允许事务读取其他未提交事务的数据。这种级别可能会导致脏读、不可重复读和幻读。
2. 读已提交 (Read Committed)：事务只能读取其他已提交事务的数据。这种级别避免了脏读，但仍然可能出现不可重复读和幻读。
3. 可重复读 (Repeatable Read)：这是MySQL默认的隔离级别。在该级别下，事务在整个执行期间可以看到一致的数据视图，即事务开始时的数据状态。这避免了脏读和不可重复读，但仍然可能出现幻读。
4. 串行化 (Serializable)：最高的隔离级别，通过强制事务串行执行来避免所有并发问题，包括脏读、不可重复读和幻读。这种级别可能会影响性能，因为它会引入更多的锁。
锁机制： 锁机制用于控制并发事务对数据的访问，确保事务的隔离性。
1. 共享锁 (S Locks)：允许多个事务读取数据，但阻止其他事务修改数据。
2. 排他锁 (X Locks)：允许事务读取和修改数据，阻止其他事务读取或修改同一数据。
MVCC多版本并发控制： 允许事务在不同的时间点看到数据的不同版本，从而解决读取和写入之间的冲突问题。
1. MVCC 在每个数据行上维护一个版本号，允许事务读取与其开始时的数据版本相匹配的行版本。这样，事务可以读取数据而不阻塞其他事务的更新操作。
2. MVCC 在可重复读隔离级别下特别有用，因为它允许事务在没有显式锁的情况下读取数据。

补充（脏读、不可重复读和幻读）：

脏读：指的是一个事务读取到了另一个事务未提交的数据。如果第二个事务后来回滚了，那么第一个事务读取的数据就是无效的，这就产生了脏读的问题------发生在事务读取了另一个事务未提交的数据。
不可重复读：指的是在一个事务内多次读取同一行数据时，数据可能会发生变化。这种情况发生在事务隔离级别低于"可重复读"时------发生在事务内多次读取同一行数据时数据发生变化。
幻读：指的是在一个事务内多次读取同一范围的数据时，数据集可能会发生变化。例如，新的行可能会被插入到数据集中，或者某些行可能会被删除------发生在事务内多次读取同一范围的数据时数据集发生变化。

四、持久性（Durability）

持久性是指确保一旦事务提交，永久保存数据，即使系统发生故障也不会丢失。

**例子：**一旦转账事务提交，即使数据库服务器随后崩溃，转账的数据也将保留在数据库中。

实现机制：

**Redo Log（重做日志）：**Redo Log 记录了事务对数据库所做的物理修改，即使在系统故障后也能确保数据的持久性------当事务提交时，MySQL 首先将事务的修改记录写入 Redo Log 缓冲区，Redo Log 缓冲区的内容会被周期性地刷新到磁盘上，或者在 Redo Log 缓冲区满时触发刷新，如果系统出现故障，MySQL 在重启时会重放 Redo Log 中的记录，以恢复未完成的事务。
**Binlog（二进制日志）：**Binlog 记录了事务执行的逻辑操作，可用于数据恢复、复制和备份------当事务提交时，MySQL 会将事务的逻辑操作记录写入 Binlog，Binlog 会立即写入磁盘，确保数据的持久性，在某些情况下，MySQL 可以使用 Binlog 来恢复数据，特别是在 Redo Log 不足或损坏的情况下。