一直在使用mysql, 但是對(duì)于mysql 的一些核心原理一直有些模糊。出問(wèn)題總是想著公司有專職的DBA, 專業(yè)的事情交給專業(yè)的人來(lái)做嘛，所以一直沒(méi)有研究（其實(shí)主要是懶）。趁著假期，閑著也是閑著，就想簡(jiǎn)單了解一下。人嘛，總是嫌麻煩，總想找些現(xiàn)成的文章或者課程。找了極客時(shí)間的兩套mysql相關(guān)課程 (基礎(chǔ))SQL必知必會(huì)、（進(jìn)階）MySQL實(shí)戰(zhàn)45講，看了個(gè)大概，只總結(jié)出來(lái)mysql最核心的應(yīng)該是事務(wù)跟索引。
但是看完之后，思維陷入了混亂，每一節(jié)都是一些知識(shí)點(diǎn)的堆積，沒(méi)有形成體系，自己想不明白彼此之間到底是什么關(guān)系。自己又找了拉鉤上的《高性能mysql實(shí)戰(zhàn)》，有個(gè)大概了。我整理了兩個(gè)核心問(wèn)題 ：1、“事務(wù)的特性是如何實(shí)現(xiàn)的？”；2、“事務(wù)四種隔離級(jí)別是怎么結(jié)合鎖來(lái)解決并發(fā)產(chǎn)生的三種經(jīng)典問(wèn)題的？” 。
本文是mysql 事務(wù)的第一部分-四個(gè)特性及實(shí)現(xiàn)。自己不是專職的DBA，理解難免有偏差，只是簡(jiǎn)單地總結(jié)一下。希望對(duì)你有所幫助，如果有紕漏，也請(qǐng)留言指出，感謝~
文章主要內(nèi)容如下：
- 事務(wù)的定義
- 事務(wù)的四個(gè)特性以及背后的技術(shù)原理
1 事務(wù)是什么
做工程實(shí)現(xiàn)，想必大家都接觸過(guò)事務(wù)。事務(wù)，一組邏輯執(zhí)行單元，要么全部做完，要不都不做，不會(huì)處于一個(gè)中間狀態(tài)。事務(wù)是為了保證DB操作正確性跟完整性的保障。
2 事務(wù)的四個(gè)特性
按照上一小節(jié)的描述，更多的像是在描述事務(wù)原子性這一特性。其實(shí)事務(wù)并不僅僅是只有原子性這一個(gè)特性。是由四部分組成 ACID。下面我們介紹一下這部分：
2.1 原子性（Atomicity）
原子性：事務(wù)的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成，不會(huì)結(jié)束在某個(gè)中間環(huán)節(jié)。
這個(gè)是最基本的要求。
2.2 一致性（Consistency）
一致性：事務(wù)完成之后，事務(wù)所做的修改進(jìn)行持久化保存，不會(huì)丟失。
一致性更像是其他三個(gè)特性綜合之后的結(jié)果。需要依賴于它們。一致性可以從兩個(gè)角度思考：一個(gè)是約束的一致性（比如主鍵、外鍵約束），另一種是業(yè)務(wù)邏輯上的一致性。
2.3 隔離性（Isolation）
隔離性：當(dāng)多個(gè)事務(wù)并發(fā)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的同一數(shù)據(jù)時(shí)，所表現(xiàn)出來(lái)的相互關(guān)系。
隔離性關(guān)系到多個(gè)事務(wù)并發(fā)操作時(shí)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。innodb有四個(gè)常見(jiàn)的隔離性，這些隔離性會(huì)借助于鎖機(jī)制 解決一些并發(fā)常見(jiàn)的問(wèn)題。當(dāng)然，因?yàn)楦綦x性強(qiáng)弱的不同，有些問(wèn)題在某些場(chǎng)景下是解決不了的。下一節(jié)，我們將重點(diǎn)講解這個(gè)問(wèn)題。
2.4 持久性（Durability）
持久性：事務(wù)開(kāi)始之前和事務(wù)結(jié)束之后，數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性限制未被破壞。
這兒主要是指持久化的問(wèn)題。數(shù)據(jù)寫入之后，要保證不會(huì)丟失，在系統(tǒng)崩潰之后，也能恢復(fù)。
3 四個(gè)特性背后是怎么實(shí)現(xiàn)的？
大多數(shù)的文章，講完事務(wù)的四個(gè)特性就結(jié)束了。如果只是停留在這個(gè)層面，我們就沒(méi)有寫這篇文章的必要了。在這部分，我們會(huì)講解一下四個(gè)特性是如何實(shí)現(xiàn)的？在講解特性實(shí)現(xiàn)原理之前，我們先講一下用到的幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)。
3.1 redo、undo與binlog
3.1.1 redo
redo， 重做日志，保證了事務(wù)的原子性與持久性。通常是物理日志，用于恢復(fù)事務(wù)修改的頁(yè)操作。
redo 包括兩部分：
- 1 內(nèi)存中的重做日志緩沖，易失，一般在事務(wù)開(kāi)始時(shí)，就要寫入這部分
- 2 第二部分是重做日志，這個(gè)是要刷如磁盤的。一般在事務(wù)提交時(shí)會(huì)刷如磁盤。有些場(chǎng)景，也可以設(shè)置沒(méi)用每次事務(wù)提交就刷，而是交給master thread 定期刷盤，但是這樣如果在這期間，宕機(jī)了，則沒(méi)有刷盤的數(shù)據(jù)就要丟失了。
redo 日志里面存儲(chǔ)的是操作指令，每個(gè)指令根據(jù)操作類型的不同，存儲(chǔ)格式也是不同的。
redo 在內(nèi)存中，結(jié)合了checkpoint 以及LSN(log sequence number) 來(lái)保證刷入磁盤的數(shù)據(jù)不丟。checkpoint記錄了刷磁盤刷到哪兒了，LSN記錄了當(dāng)前內(nèi)存中的日志編號(hào)。二者之間的內(nèi)容就是沒(méi)有刷新到磁盤的日志。
3.1.2 undo
undo保證了事務(wù)的一致性。undo 并不是物理日志，而是邏輯上的日志，有一個(gè)專門的內(nèi)存字段存儲(chǔ)undo 日志。
undo 主要有兩個(gè)作用：1是回滾操作，將數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯地恢復(fù)到原來(lái)的樣子，但是已經(jīng)分配的頁(yè)、或者數(shù)據(jù)結(jié)果可能回滾不了了； 2 是MVCC（多版本并發(fā)控制），實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的一種很通用的機(jī)制，在下面的一節(jié)中，我們會(huì)講到。
當(dāng)事務(wù)提交的時(shí)候，innodb不會(huì)立即刪除undo log，因?yàn)楹罄m(xù)還可能會(huì)用到undo log，如隔離級(jí)別為repeatable read時(shí)，事務(wù)讀取的都是開(kāi)啟事務(wù)時(shí)的最新提交行版本，只要該事務(wù)不結(jié)束，該行版本就不能刪除，即undo log不能刪除。
但是在事務(wù)提交的時(shí)候，會(huì)將該事務(wù)對(duì)應(yīng)的undo log放入到刪除列表中，未來(lái)通過(guò)purge來(lái)刪除。并且提交事務(wù)時(shí)，還會(huì)判斷undo log分配的頁(yè)是否可以重用，如果可以重用，則會(huì)分配給后面來(lái)的事務(wù)，避免為每個(gè)獨(dú)立的事務(wù)分配獨(dú)立的undo log頁(yè)而浪費(fèi)存儲(chǔ)空間和性能。
3.1.3 binlog
binlog基本定義：二進(jìn)制日志，也成為二進(jìn)制日志，記錄對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)生或潛在發(fā)生更改的SQL語(yǔ)句，并以二進(jìn)制的形式保存在磁盤中；
作用：Mysql的作用類似于ORACLE的歸檔日志，可以用來(lái)查看數(shù)據(jù)庫(kù)的變更歷史（具體的時(shí)間點(diǎn)所有的SQL操作）、數(shù)據(jù)庫(kù)增量備份和恢復(fù)（增量備份和基于時(shí)間點(diǎn)的恢復(fù)）、Mysql的復(fù)制（主主數(shù)據(jù)庫(kù)的復(fù)制、主從數(shù)據(jù)庫(kù)的復(fù)制）
3.1.4 更新操作中 redolog 與 binlog的順序
3.2 WAL (write ahead logging) 又稱 ARIES三原則
ARIES三原則，是指write ahead logging。
1 先寫日之后寫磁盤，日志成功寫入后就不會(huì)丟失，后續(xù)由checkpoint機(jī)制來(lái)保證磁盤物理文件與redo日志達(dá)到一致性。
2 利用Redo 記錄變更后的數(shù)據(jù)，即redo記錄事務(wù)數(shù)據(jù)變更后的值
3 利用Undo 記錄變更前的數(shù)據(jù)，用于回滾和其他事務(wù)多版本讀。
3.3 特性的實(shí)現(xiàn)
3.3.1 各特性間的關(guān)系
在講解具體實(shí)現(xiàn)之前，我們先來(lái)張圖，參考自 《高性能mysql實(shí)戰(zhàn)》
3.3.2 原子性的實(shí)現(xiàn)
每一個(gè)寫事務(wù)，都會(huì)修改 Buffer Pool，從而產(chǎn)生相應(yīng)的 Redo 日志，這些日志信息會(huì)被記錄到 ib_logfiles 文件中。因?yàn)?Redo 日志是遵循 Write Ahead Log 的方式寫的，所以事務(wù)是順序被記錄的。
任何 Buffer Pool 中的頁(yè)被刷到磁盤之前，都會(huì)先寫入到日志文件中。
回滾（undo日志）
要保證原子性，就必須在異常發(fā)生時(shí)，對(duì)已經(jīng)執(zhí)行的操作進(jìn)行回滾，此時(shí)就用到了undo 日志。
未刷盤數(shù)據(jù)提交（redo日志）
除了回滾之外，還有一種場(chǎng)景是事務(wù)提交了，日志寫入到buffer pool 了，但是buffer pool的臟頁(yè) 并沒(méi)有刷盤，那此時(shí)怎么恢復(fù)呢？就需要用到redo日志恢復(fù)數(shù)據(jù)。
綜合上述兩種case，其實(shí)原子性的保證就是用到了WAL的原則。
3.3.3 持久性的實(shí)現(xiàn)
持久性是表示一個(gè)事務(wù)一旦提交，它對(duì)數(shù)據(jù)的改變就是永久的。通過(guò)原子性可以保證的一旦事務(wù)提交，即使遇到宕機(jī)，也可以從邏輯上將數(shù)據(jù)找回來(lái)，再次寫入到物理存儲(chǔ)空間。
因?yàn)閞edo日志是有限的，那么宕機(jī)之后，redo日志之前的數(shù)據(jù)怎么恢復(fù)呢，這就結(jié)合binlog日志。
3.3.4 隔離性的實(shí)現(xiàn)
innodb隔離性有四種，我們簡(jiǎn)單看一下四種隔離級(jí)別都是怎么實(shí)現(xiàn)的。下一篇文章中會(huì)詳細(xì)介紹。
1、讀未提交:沒(méi)做任何控制。能夠讀到一個(gè)事務(wù)中的中間狀態(tài)，是違背ACID的，所以在MySQL中基本不用。
2、讀已提交（RC）：通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)加了寫鎖，在寫的過(guò)程中數(shù)據(jù)是不能被其他事務(wù)看到的。但是會(huì)存在不可重復(fù)讀的問(wèn)題。
3、可重復(fù)讀(RR)：通過(guò)增加間隙鎖，解決了不可重讀的問(wèn)題，但是并不能對(duì)未存在的數(shù)據(jù)進(jìn)行加鎖操作，所以會(huì)存在幻讀的問(wèn)題。
4、可串行化：通過(guò)加鎖，所有的操作都是單版本，串行化的。
3.3.5 一致性的實(shí)現(xiàn)
一致性可以歸納為完整性。而數(shù)據(jù)的完整性是通過(guò)上面三個(gè)特性來(lái)保證的，包括原子性、隔離性、持久性，而這三個(gè)特性又是通過(guò)Redo/Undo/binlog 來(lái)保證的。
4 總結(jié)
本文根據(jù)我自己的學(xué)習(xí)過(guò)程，簡(jiǎn)單整理了事務(wù)，事務(wù)特性，以及事務(wù)特性背后的技術(shù)原理。
5 參考文獻(xiàn)
淺入淺出mysql https://draveness.me/mysql-innodb
淺入深出MySQL中事務(wù)的實(shí)現(xiàn) https://draveness.me/mysql-transaction
詳細(xì)分析MySQL事務(wù)日志(redo log和undo log) https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/archive/2018/05/08/9010872.html#auto_id_16
拉勾網(wǎng)的《高性能mysql實(shí)戰(zhàn)》課程 https://kaiwu.lagou.com/course/courseInfo.htm?courseId=5#/content?courseId=5
6 其他
本文是mysql學(xué)習(xí)的第一篇-事務(wù)及其特性，希望對(duì)你有所幫助~
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