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照例，我們先來一個(gè)場景~
面試官:"知道事務(wù)的四大特性么?"
你:"懂，ACID嘛，原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔離性(Isolation)、持久性(Durability)！"
面試官:"你們是用mysql數(shù)據(jù)庫吧，能簡單說說innodb中怎么實(shí)現(xiàn)這四大特性的么？“
你:"我只知道隔離性是怎么做的balabala~~"
面試官:"還是回去等通知吧~"
OK，回到正題。說到事務(wù)的四大特性原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability），懂的人很多。但是稍微涉及細(xì)節(jié)一點(diǎn)，這四大特性在數(shù)據(jù)庫中的實(shí)現(xiàn)原理是怎么樣的？那就沒有幾個(gè)人能夠答得上來了。因此，我們這篇文章著重討論一下四大特性在Mysql中的實(shí)現(xiàn)原理。
正文
我們以從A賬戶轉(zhuǎn)賬50元到B賬戶為例進(jìn)行說明一下ACID，四大特性。
原子性
根據(jù)定義，原子性是指一個(gè)事務(wù)是一個(gè)不可分割的工作單位，其中的操作要么都做，要么都不做。即要么轉(zhuǎn)賬成功，要么轉(zhuǎn)賬失敗，是不存在中間的狀態(tài)！
如果無法保證原子性會(huì)怎么樣？
OK，就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)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(tǒng)將無故丟失50元~
隔離性
根據(jù)定義，隔離性是指多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行的時(shí)候，事務(wù)內(nèi)部的操作與其他事務(wù)是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個(gè)事務(wù)之間不能互相干擾。
如果無法保證隔離性會(huì)怎么樣？
OK，假設(shè)A賬戶有200元，B賬戶0元。A賬戶往B賬戶轉(zhuǎn)賬兩次，金額為50元，分別在兩個(gè)事務(wù)中執(zhí)行。如果無法保證隔離性，會(huì)出現(xiàn)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(xiàn)了數(shù)據(jù)不一致的情形！
ps:可能有細(xì)心的讀者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，mysql中是依靠鎖來解決隔離性問題。嗯，我們后面來說明。
持久性
根據(jù)定義，持久性是指事務(wù)一旦提交，它對數(shù)據(jù)庫的改變就應(yīng)該是永久性的。接下來的其他操作或故障不應(yīng)該對其有任何影響。
如果無法保證持久性會(huì)怎么樣？
在Mysql中，為了解決CPU和磁盤速度不一致問題，Mysql是將磁盤上的數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存，對內(nèi)存進(jìn)行操作，然后再回寫磁盤。好，假設(shè)此時(shí)宕機(jī)了，在內(nèi)存中修改的數(shù)據(jù)全部丟失了，持久性就無法保證。
設(shè)想一下，系統(tǒng)提示你轉(zhuǎn)賬成功。但是你發(fā)現(xiàn)金額沒有發(fā)生任何改變，此時(shí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了不合法的數(shù)據(jù)狀態(tài)，我們將這種狀態(tài)認(rèn)為是數(shù)據(jù)不一致的情形。
一致性
根據(jù)定義，一致性是指事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)處于一種合法的狀態(tài)，這種狀態(tài)是語義上的而不是語法上的。
那什么是合法的數(shù)據(jù)狀態(tài)呢？
oK，這個(gè)狀態(tài)是滿足預(yù)定的約束就叫做合法的狀態(tài)，再通俗一點(diǎn)，這狀態(tài)是由你自己來定義的。滿足這個(gè)狀態(tài)，數(shù)據(jù)就是一致的，不滿足這個(gè)狀態(tài)，數(shù)據(jù)就是不一致的！
如果無法保證一致性會(huì)怎么樣？
例一:A賬戶有200元，轉(zhuǎn)賬300元出去，此時(shí)A賬戶余額為-100元。你自然就發(fā)現(xiàn)了此時(shí)數(shù)據(jù)是不一致的，為什么呢？因?yàn)槟愣x了一個(gè)狀態(tài)，余額這列必須大于0。
例二:A賬戶200元，轉(zhuǎn)賬50元給B賬戶，A賬戶的錢扣了，但是B賬戶因?yàn)楦鞣N意外，余額并沒有增加。你也知道此時(shí)數(shù)據(jù)是不一致的，為什么呢？因?yàn)槟愣x了一個(gè)狀態(tài)，要求A+B的余額必須不變。
實(shí)戰(zhàn)解答
問題一：Mysql怎么保證一致性的？
OK，這個(gè)問題分為兩個(gè)層面來說。
從數(shù)據(jù)庫層面，數(shù)據(jù)庫通過原子性、隔離性、持久性來保證一致性。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(持久性)是手段，是為了保證一致性，數(shù)據(jù)庫提供的手段。數(shù)據(jù)庫必須要實(shí)現(xiàn)AID三大特性，才有可能實(shí)現(xiàn)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(wù)里故意寫出違反約束的代碼，一致性還是無法保證的。例如，你在轉(zhuǎn)賬的例子中，你的代碼里故意不給B賬戶加錢，那一致性還是無法保證。因此，還必須從應(yīng)用層角度考慮。
從應(yīng)用層面，通過代碼判斷數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是否有效，然后決定回滾還是提交數(shù)據(jù)！
問題二: Mysql怎么保證原子性的？
OK，是利用Innodb的undo log。
undo log名為回滾日志，是實(shí)現(xiàn)原子性的關(guān)鍵，當(dāng)事務(wù)回滾時(shí)能夠撤銷所有已經(jīng)成功執(zhí)行的sql語句，他需要記錄你要回滾的相應(yīng)日志信息。
例如
(1)當(dāng)你delete一條數(shù)據(jù)的時(shí)候，就需要記錄這條數(shù)據(jù)的信息，回滾的時(shí)候，insert這條舊數(shù)據(jù)
(2)當(dāng)你update一條數(shù)據(jù)的時(shí)候，就需要記錄之前的舊值，回滾的時(shí)候，根據(jù)舊值執(zhí)行update操作
(3)當(dāng)年insert一條數(shù)據(jù)的時(shí)候，就需要這條記錄的主鍵，回滾的時(shí)候，根據(jù)主鍵執(zhí)行delete操作
undo log記錄了這些回滾需要的信息，當(dāng)事務(wù)執(zhí)行失敗或調(diào)用了rollback，導(dǎo)致事務(wù)需要回滾，便可以利用undo log中的信息將數(shù)據(jù)回滾到修改之前的樣子。
ps:具體的undo log日志長啥樣，這個(gè)可以寫一篇文章了。而且寫出來，看的人也不多，姑且先這么簡單的理解吧。
問題三: Mysql怎么保證持久性的？
OK，是利用Innodb的redo log。
正如之前說的，Mysql是先把磁盤上的數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，在內(nèi)存中對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，再刷回磁盤上。如果此時(shí)突然宕機(jī)，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。
怎么解決這個(gè)問題？
簡單啊，事務(wù)提交前直接把數(shù)據(jù)寫入磁盤就行啊。
這么做有什么問題？
只修改一個(gè)頁面里的一個(gè)字節(jié)，就要將整個(gè)頁面刷入磁盤，太浪費(fèi)資源了。畢竟一個(gè)頁面16kb大小，你只改其中一點(diǎn)點(diǎn)東西，就要將16kb的內(nèi)容刷入磁盤，聽著也不合理。
畢竟一個(gè)事務(wù)里的SQL可能牽涉到多個(gè)數(shù)據(jù)頁的修改，而這些數(shù)據(jù)頁可能不是相鄰的，也就是屬于隨機(jī)IO。顯然操作隨機(jī)IO，速度會(huì)比較慢。
于是，決定采用redo log解決上面的問題。當(dāng)做數(shù)據(jù)修改的時(shí)候，不僅在內(nèi)存中操作，還會(huì)在redo log中記錄這次操作。當(dāng)事務(wù)提交的時(shí)候，會(huì)將redo log日志進(jìn)行刷盤(redo log一部分在內(nèi)存中，一部分在磁盤上)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫宕機(jī)重啟的時(shí)候，會(huì)將redo log中的內(nèi)容恢復(fù)到數(shù)據(jù)庫中，再根據(jù)undo log和binlog內(nèi)容決定回滾數(shù)據(jù)還是提交數(shù)據(jù)。
采用redo log的好處？
其實(shí)好處就是將redo log進(jìn)行刷盤比對數(shù)據(jù)頁刷盤效率高，具體表現(xiàn)如下
redo log體積小，畢竟只記錄了哪一頁修改了啥，因此體積小，刷盤快。
redo log是一直往末尾進(jìn)行追加，屬于順序IO。效率顯然比隨機(jī)IO來的快。
ps:不想具體去談redo log具體長什么樣，因?yàn)閮?nèi)容太多了。
問題四: Mysql怎么保證隔離性的？
OK,利用的是鎖和MVCC機(jī)制。還是拿轉(zhuǎn)賬例子來說明，有一個(gè)賬戶表如下
表名t_balance
id? ?user_id? ? balance
1? ? ? ? A? ? ? ? ? 200
2? ? ? ? B? ? ? ? ? ?0
其中id是主鍵，user_id為賬戶名，balance為余額。還是以轉(zhuǎn)賬兩次為例，如下圖所示
至于MVCC,即多版本并發(fā)控制(Multi Version Concurrency Control),一個(gè)行記錄數(shù)據(jù)有多個(gè)版本對快照數(shù)據(jù)，這些快照數(shù)據(jù)在undo log中。
如果一個(gè)事務(wù)讀取的行正在做DELELE或者UPDATE操作，讀取操作不會(huì)等行上的鎖釋放，而是讀取該行的快照版本。
由于MVCC機(jī)制在可重復(fù)讀(Repeateable Read)和讀已提交(Read Commited)的MVCC表現(xiàn)形式不同，就不贅述了。
但是有一點(diǎn)說明一下，在事務(wù)隔離級別為讀已提交(Read Commited)時(shí)，一個(gè)事務(wù)能夠讀到另一個(gè)事務(wù)已經(jīng)提交的數(shù)據(jù)，是不滿足隔離性的。但是當(dāng)事務(wù)隔離級別為可重復(fù)讀(Repeateable Read)中，是滿足隔離性的。
總結(jié)
本文講了Mysql中事務(wù)ACID四大特性的實(shí)現(xiàn)原理，希望大家有所收獲。
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