MySQL事务机制深度解析：从理论到实践（五）

本文全面解析MySQL数据库事务的核心机制，深入探讨事务的ACID特性、生命周期管理、隔离级别原理及InnoDB存储引擎的事务工作流程。涵盖事务的原子性、一致性、隔离性和持久性实现原理，详细分析不同事务隔离级别的应用场景和性能影响，并揭示InnoDB如何通过redo log、undo log、MVCC等机制保障事务的可靠执行。为数据库开发人员和管理员提供完整的事务理解和优化指导。

1.事务概念

事务(Transaction)可以更通俗的理解为交易，所以事务会伴随着交易类的业务类型出现（工作模式）；
现实生活中存在很多的交易行为，比如：物换物的等价交换、货币换物的等价交换、虚拟货币换物(虚拟物品)的等价交换；
因此就需要考虑如何保证现实生活中交易过程的和谐，一般会有法律、道德等方面规则进行约束；
而在数据库服务中为了保证线上交易的"和谐"，便加入了"事务"工作机制。

事务是数据库中处理交易类业务的核心机制，将一系列操作作为一个不可分割的工作单元。与现实生活中交易需要法律和道德约束类似，数据库事务通过ACID特性来保证数据操作的"和谐"与可靠。

2.事务特性

2.1 原子性（Atomicity）

原子性表示一个事务生命周期中的DML语句，要么全成功要么全失败，不可以出现中间状态；
语句要么全执行，要么全不执行，是事务最核心的特性，事务本身就是以原子性来定义的；
实现主要基于undo log

sh 复制代码

Begin：DML01 DML02 DML03 Commit;

2.2 一致性（Consistency）

一致性表示一个事务发生前、中、后，数据都最终保持一致，即读和写都要保证一致性；
事务追求的最终目标，一致性的实现既需要数据库层面的保障，也需要应用层面的保障；

sh 复制代码

CR + Double write

2.3 隔离性（Isolation）

隔离性表示一个事务操作数据行的时候，不会受到其他事务的影响，主要利用锁机制来保证隔离性；

2.4 持久性（Durability）

持久性表示一旦事务进行了提交，即可永久生效（落盘）
保证事务提交后不会因为宕机等原因导致数据丢失；实现主要基于redo log
事务ACID相关知识官方说明：https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/mysql-acid.html

3.事务生命周期

在运用事务机制完成相关工作任务时，对于事务使用是存在生命周期概念的，标准显示的事务生命周期控制语句有：

sh 复制代码

# 开启事务机制
begin;
start transaction;
# 提交事务任务
commit;
# 回滚事务操作
rollback;

说明：事务生命周期中，只能使用DML语句，其中包括：select、update、delete、insert；DDL语句会隐式进行提交

4.事务提交方式

4.1 自动提交方式（auto_commit）

sql 复制代码

mysql> select @@autocommit;
+--------------+
| @@autocommit |
+--------------+
|            1 |
+--------------+
1 row in set (0.00 sec)
-- 在事务自动提交功能设置修改时，设置为1表示开启自动提交，设置为0表示关闭自动提交

# 临时关闭事务自动提交功能
mysql> set global autocommit=0;
-- 配置调整后，重新登录mysql数据库生效

# 永久关闭事务自动提交功能
[root@db01 ~]# vim /etc/my.cnf
[mysqld]
autocommit=0
-- 配置调整后，重新启动mysql数据库生效

autocommit 开启与关闭优缺点：

序号	参数配置	优势
情况01	autocommit=0 关闭事务自动提交	可以编写多个关联的DML，进行一次性提交操作，若出现异常可以回滚符合原子特性
		劣势
		可能出现多个关联的DML，只是完成了部分操作，这时就可能等待状态基于隔离特性，操作的数据表或数据行就会进入锁定状态
	参数配置	优势
情况02	autocommit=1 开启事务自动提交	可以出现多个关联的DML，逐行操作自动提交，就可以不用处于锁等待状态
		劣势
		可能出现多个关联的DML，，每执行一条就进行提交，会造成多个语句执行不符合原子性

4.2 隐式提交方式

在进行事务操作时，需要注意操作语句必须都是DML语句，如果中间插入了DDL语句，也会造成之前的事务操作自动提交；

sql 复制代码

begin; DML1; DML2; DDL1; COMMIT; DML3; COMMIT;
-- 这种情况出现会破坏原本事务的原子性

隐式自动提交方式语句：

在出现隐式自动提交时，可能导致提交的非事务语句有：

序号	语句类型	涉及命令
01	DDL语句类型	alter、create、drop
02	DCL语句类型	grant、revoke、set password
03	锁定语句类型	lock tables、unlock tables
04	其他语句类型	truncate table、load data infile、select for update

说明：在多个数据库会话窗口中，A窗口的所有事务性DML操作，不会受到B窗口的非事务语句影响，同一会话窗口会有影响；

5.事务隔离级别

数据库事务隔离级别主要作用是实现事务工作期间，数据库操作读的隔离特性，所谓读的操作就是将数据页可以调取到内存；

然后可以读取数据页中相应数据行的能力，并且不同事务之间的数据页读操作相互隔离；

可以简单理解为：一个事务在对数据页中数据行做更新操作时，在没有更新提交前，另一个事务此时是不能读取数据页中数据行内容的；

对于数据库存储事务隔离级别包括4种，可以通过操作命令查看获取当前使用的隔离级别:

sql 复制代码

mysql> select @@transaction_isolation;
+-------------------------+
| @@transaction_isolation |
+-------------------------+
| REPEATABLE-READ         |
+-------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> set global transaction_isolation='READ-UNCOMMITTED';

常用的事务隔离级别类型：

5.1 RU（READ-UNCOMMITTED 表示读未提交）

可以读取到事务未提交的数据，隔离性差，会出现脏读（当前内存读），不可重复读，幻读问题;

5.2 RC（READ-COMMITTED 表示读已提交）`可用`

可以读取到事务已提交的数据，隔离性一般，不会出现脏读问题，但是会出现不可重复读，幻读问题；

5.3 RR（REPEATABLE-READ 表示可重复读）`默认`

可以防止脏读（当前内存读），防止不可重复读问题，防止会出现的幻读问题，但是并发能力较差；

会使用next lock锁进制，来防止幻读问题，但是引入锁进制后，锁的代价会比较高，比较耗费CPU资源，占用系统性能；

5.4 SR（SERIALIZABLE 可串行化）

隔离性比较高，可以实现串行化读取数据，但是事务的并发度就没有了；

这是事务的最高级别，在每条读的数据上，加上锁，使之不可能相互冲突.

事务隔离级别官方链接：https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-transaction-isolation-levels.html

名词解读分析

脏读：在一个事务窗口中，可以读取到别人没有提交的数据信息(可以看到内存中的数据)；
不可重复读：在一个事务中，利用相同的语句多次查询，获取的数据信息是不同的；

6.事务工作流程

根据存储事务的工作流程原理，来了解如何保证事务的ACID特性，利用了MySQL数据库的哪些工作机制；

名称解释：

sh 复制代码

1. redo log                          Disk   
 重做日志，当出现异常情况，内存中数据直接写入磁盘失败时，可以通过重启数据库服务，读取此文件修复数据信息；文件存储表项为：ib_logfile0~N    默认48M，轮询使用
 
2. redo log buffer                   mem
 重做日志生成缓冲区，相当于redo log的内存区域。redo log文件与redo log buffer是有IO关系的；
 事务修改提交后：redo log buffer -> redo log，表示写入数据到redo log；
 事务操作恢复时：redo log -> redo log buffer，表示读取数据从redo log；
 
3. tablespace file                   Disk          
 存储表数据行和索引等信息的文件，含有表空间所有数据文件；ibd
 
4. Innodb buffer pool                mem
 数据缓冲区，主要用于缓冲事务要处理的数据和索引信息，tablespace文件与buffer pool是有IO关系的；
 
5. LSN
 日志序列号，在buffer pool中有数据页信息的变化就会记录到redo log buffer中，主要记录变化了多少字节量；
 利用LSN记录相应数据页的日志变化量(LSN+变化字节量)，也可以理解为记录的是日志量的变化；
 MySQL每次数据库启动，都会比较磁盘数据页和redolog的LSN，必须要求两者一致，数据库才能正常启动；
 
5. WAL（Write Ahead Log）
 redo日志生成记录优先于数据页写入到磁盘的过程，并且是支持预写入机制（group commit）的；
 
6. Dirty page
 表示在内存进行修改的数据页，在redo buffer中会记录数据页的数据量的变化，此时在数据页还未最终写入到磁盘中时，就称之为脏页，所以一般所谓的脏读就是读取脏页的数据页信息；
 
7. CheckPoint
 检查点，就是将脏页刷写到磁盘的动作；
 
8. DB_TRX_ID（6字节）
 事务ID号，InnoDB会为每一个事务生成一个事务号（由事务管理器管理TM），伴随着整个事务生命周期其中事务ID号码信息，在redo和undo日志文件中都会有相应的标识；
9. DB_ROLL_PTR（7字节）
 回滚指针，在rollback时会使用undo日志回滚已修改的数据，DB_ROLL_PTR会指向此次事务的回滚业务点；从而找到undo上的相应的日志信息；
 数据库名词解释官方参考：https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/glossary.html

工作流程：

sh 复制代码

1. redo保证了ACID中的D特性，另外A C也有间接关联；
说明：利用redo Log重做日志功能可以保证事务的D特性，基于可以丢内存数据，但是不可以丢操作事务日志的原则；
2. undo保证了ACID中的A特性，同时C和I的特性也有关系；
说明：利用undo Log重做日志功能可以保证事务的A特性，基于先进行数据页前滚操作恢复脏页，在进行回滚操作恢复操作前事务；
3. cr+dw保证了ACID中的C特性
InnoDB crash recovery：数据库意外宕机时刻，通过redo前滚+undo回滚保证数据的最终一致；
InnoDB doubewrite buffer：早期默认存储在ibdataN中，解决数据页写入不完整；DWB一共2M，分两次。每次1M写入；
4. 事务中的I特性如何保证  保证读写隔离性
主要对数据库服务并发访问资源的保护，在并发事务工作期间，防止事务与事务之间的资源争抢（相互影响）；
  利用MVCC机制隔离（只能保证读的隔离）
  利用隔离级别和锁机制保证写的隔离

7.总结

事务机制是数据库系统的基石，InnoDB通过精心设计的Redo Log、Undo Log、MVCC和锁机制，实现了完整的ACID特性保障。深入理解事务的工作原理，对于设计高性能、高可靠的数据库应用至关重要。

通过合理配置事务参数、选择适当的隔离级别、优化事务设计，可以在保证数据一致性的同时，最大限度地提升系统并发性能。掌握事务机制不仅有助于日常开发，更是进行数据库性能调优和故障排查的基础技能。

在分布式系统和云原生架构日益普及的今天，事务机制的理解和运用显得更加重要，它是构建可靠数据服务的关键技术保障。

MySQL事务机制深度解析：从理论到实践（五）

1.事务概念

2.事务特性

2.1 原子性（Atomicity）

2.2 一致性（Consistency）

2.3 隔离性（Isolation）

2.4 持久性（Durability）

3.事务生命周期

4.事务提交方式

4.1 自动提交方式（auto_commit）

4.2 隐式提交方式

5.事务隔离级别

5.1 RU（READ-UNCOMMITTED 表示读未提交）

5.2 RC（READ-COMMITTED 表示读已提交）可用

5.3 RR（REPEATABLE-READ 表示可重复读）默认

5.4 SR（SERIALIZABLE 可串行化）

6.事务工作流程

7.总结

5.2 RC（READ-COMMITTED 表示读已提交）`可用`

5.3 RR（REPEATABLE-READ 表示可重复读）`默认`