事务的四大特性(ACID)详解

事务的四大特性(ACID)详解

在数据库管理系统(如 MySQL)中,事务(Transaction) 是指一组要么全部执行、要么全部不执行的数据库操作,通常用于确保数据的完整性和一致性。事务有四大核心特性,即 ACID ,分别是:原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)、持久性(Durability)

作用:

事务的 ACID 四大特性是数据库系统用来确保数据完整性、正确性和并发一致性的核心机制。通过日志、事务隔离级别、数据库约束等手段,数据库可以有效解决数据一致性问题和并发问题,为数据的可靠性保驾护航。

ACID 四大特性

特性 英文名称 定义 常见问题及解决方法
原子性 Atomicity 事务中的所有操作要么全部成功,要么全部失败并回滚。 通过事务日志(Undo Log)和回滚机制实现
一致性 Consistency 事务执行前后,数据库保持一致性,满足完整性约束。 通过数据库约束、触发器、日志来维护一致性
隔离性 Isolation 多个事务并发时,相互隔离,防止脏读、不可重复读等问题。 通过事务隔离级别(如可重复读、可序列化等)解决并发问题
持久性 Durability 事务一旦提交,修改将永久保存,即使系统故障也不会丢失。 通过事务日志(Redo Log)、备份机制实现

1. 原子性(Atomicity)

定义:

原子性是指事务中的所有操作被视为一个整体,要么全部执行成功,要么全部失败并回滚(rollback),不能只执行部分操作。

如果事务在执行过程中发生错误或出现故障,数据库系统会将其恢复到事务开始之前的状态,保证数据不会被部分更新。

举例:

银行转账操作:从用户A的账户转出100元并转入用户B的账户。如果只有扣款成功,而转账失败,就会导致数据不一致。而原子性确保要么两步都成功,要么两步都不执行,保证事务的完整性。

实现方式:

通过 回滚机制(Rollback)日志(Undo Log) 来实现。


2. 一致性(Consistency)

定义:

一致性是指事务执行前后,数据库必须处于一致的状态。

也就是说,事务执行后,数据要满足数据库的完整性约束(如主键约束、外键约束、唯一性约束等)。

举例:

假设有一个规则要求:银行所有账户的总余额应该保持不变。如果在用户A和用户B之间转账后,数据库中总余额仍然等于事务执行前的总余额,就表示事务保持了一致性。

实现方式:

通过 数据库约束(如外键、触发器)、事务日志和回滚机制 来维护一致性。


3. 隔离性(Isolation)

定义:

隔离性是指当多个事务并发执行时,一个事务的执行不应受到其他事务的影响,各事务之间相互隔离,防止并发问题(如脏读、不可重复读、幻读)。

并发问题及其含义:

  • 脏读(Dirty Read): 一个事务读取了另一个事务未提交的数据。
  • 不可重复读(Non-repeatable Read): 在同一事务中,两次读取的同一数据结果不一致,因其他事务修改了该数据。
  • 幻读(Phantom Read): 一个事务读取了数据集合,另一个事务在集合中插入了新数据,导致前一个事务在再次读取时"看到"新的数据,仿佛出现了幻影。

解决方法(隔离级别):

SQL 标准定义了四种事务隔离级别,从低到高依次为:

  1. 读未提交(Read Uncommitted): 允许脏读、不可重复读、幻读。
  2. 读已提交(Read Committed): 不允许脏读,但可能出现不可重复读和幻读。
  3. 可重复读(Repeatable Read): 禁止脏读和不可重复读,但可能出现幻读(MySQL 默认级别)。
  4. 可序列化(Serializable): 提供最高隔离级别,完全防止上述问题,但降低并发性能。

4. 持久性(Durability)

定义:

持久性是指事务一旦提交,所做的修改将永久保存在数据库中,即使系统发生故障(如断电、宕机),数据也不会丢失。

举例:

当用户完成一笔银行转账并提交事务后,即使系统宕机,转账结果也会永久保存到数据库中。

实现方式:

通过 事务日志(Redo Log)数据库写盘机制备份机制 来保证事务的持久性。即使发生意外故障,数据库可以通过日志来恢复提交的事务。


事务执行过程(一般步骤):

  1. 开启事务

    sql 复制代码
    START TRANSACTION;  
  2. 执行事务操作 :如插入、更新或删除操作。

    sql 复制代码
    UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;  
    UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;  
  3. 提交事务(提交数据并永久保存):

    sql 复制代码
    COMMIT;  
  4. 回滚事务(若发生错误,撤销事务中的所有操作):

    sql 复制代码
    ROLLBACK;  
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