一、事務(wù)

事務(wù)是用戶定義的一系列操作，這些操作需要讓MySQL視為一個(gè)整體執(zhí)行，這些操作要么都做，要么都不做，是一個(gè)不可分割的工作單位。

1.1 概念

前提：有并發(fā)連接訪問，多條連接，并發(fā)執(zhí)行 sql 語句

事務(wù)是用戶定義的不可分割的操作序列，是并發(fā)控制的最小單元，這些操作要么全部執(zhí)行（提交），要么全部不執(zhí)行（回滾）。

目的：事務(wù)將數(shù)據(jù)庫從一種一致性狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種一致性狀態(tài)；保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整性與可靠性。

舉個(gè)例子：在銀行轉(zhuǎn)賬中，“A 扣款 + B 收款”就是一個(gè)典型事務(wù)，要么兩個(gè)操作都成功，要么都失敗，不能只執(zhí)行一半。

組成：

• 簡(jiǎn)單事務(wù)：可由單條 SQL 語句組成（如 UPDATE students SET age=26 WHERE id=15）；
• 復(fù)雜事務(wù)：可由一組關(guān)聯(lián)的 SQL 語句組成（如轉(zhuǎn)賬場(chǎng)景中的 “扣款 + 收款” 兩條更新語句）。

特征：

• 在數(shù)據(jù)庫提交事務(wù)時(shí)，可以確保要么所有修改都已經(jīng)保存，要么所有修改都不保存；
• 事務(wù)是訪問并更新數(shù)據(jù)庫各種數(shù)據(jù)項(xiàng)的一個(gè)程序執(zhí)行單元。
• 在 MySQL innodb 下，單條語句都具備事務(wù)；可以通過 set autocommit = 0; 設(shè)置當(dāng)前會(huì)話手動(dòng)提交；

1.2 事務(wù)控制語句

• begin/start transaction
• commit
• rollback

-- 顯示開啟事務(wù)
START TRANSACTION | BEGIN

-- 提交事務(wù)，并使得已對(duì)數(shù)據(jù)庫做的所有修改持久化
COMMIT

-- 回滾事務(wù)，結(jié)束用戶的事務(wù)，并撤銷正在進(jìn)行的所有未提交的修改
ROLLBACK

-- 創(chuàng)建一個(gè)保存點(diǎn)，一個(gè)事務(wù)可以有多個(gè)保存點(diǎn)
SAVEPOINT identifier

-- 刪除一個(gè)保存點(diǎn)
RELEASE SAVEPOINT identifier

-- 事務(wù)回滾到保存點(diǎn)
ROLLBACK TO [SAVEPOINT] identifier

1.3 ACID特性

① 原子性（A）

事務(wù)是最小執(zhí)行單元，事務(wù)操作要么都做（提交），要么都不做（回滾）；MySQL 通過 undo log 實(shí)現(xiàn)回滾，它記錄了每個(gè)操作的反向操作，從而在異常時(shí)恢復(fù)數(shù)據(jù)。

② 一致性（C）

事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)庫必須處于一致狀態(tài)。

• 數(shù)據(jù)庫完整性約束（唯一、非空等）
• 邏輯上的一致性：用戶定義的一系列操作，需要數(shù)據(jù)庫視為一個(gè)整體，這是用戶定義的

事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)庫的 “完整性約束”（如唯一鍵、非空約束）與 “邏輯一致性”（如轉(zhuǎn)賬總金額不變）不能被破壞。一致性由原子性、隔離性、持久性共同保障。

③ 隔離性（I）

描述：控制 “多個(gè)并發(fā)事務(wù)的相互影響程度”；各自運(yùn)行的環(huán)境隔離。

多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)，應(yīng)互不干擾。

一個(gè)事務(wù)內(nèi)部的操作和數(shù)據(jù)，在其提交前對(duì)其他事務(wù)是不可見的。

InnoDB 用 MVCC（多版本并發(fā)控制） 處理 “讀 - 寫并發(fā)”（讀操作通過版本鏈讀歷史數(shù)據(jù)，無需加鎖）；用鎖（表鎖、頁鎖、行鎖等） 處理 “寫 - 寫并發(fā)”（寫操作加鎖避免沖突）。

MVCC 是多版本并發(fā)控制，主要解決一致性非鎖定讀，通過記錄和獲取行版本，而不是使用鎖來限制讀操作，從而實(shí)現(xiàn)高效并發(fā)讀性能。鎖用來處理并發(fā) DML 操作；數(shù)據(jù)庫中提供粒度鎖的策略，針對(duì)表（聚集索引 B+ 樹）、頁（聚集索引 B+ 樹葉子節(jié)點(diǎn)）、行（葉子節(jié)點(diǎn)當(dāng)中某一段記錄行）三種粒度加鎖；

不同隔離級(jí)別會(huì)導(dǎo)致不同并發(fā)現(xiàn)象（臟讀、不可重復(fù)讀、幻讀）

④ 持久性（D）

事務(wù)一旦提交，數(shù)據(jù)的修改就會(huì)永久保存。

無論系統(tǒng)宕機(jī)、斷電還是重啟，數(shù)據(jù)都能通過 redo log（重做日志） 恢復(fù)。

redo log 記錄的是物理層面的“頁修改”信息，比如修改了哪個(gè)數(shù)據(jù)頁、偏移量、內(nèi)容等，保證事務(wù)的最終落盤。

1.4 隔離級(jí)別

ISO 和 ANIS SQL 標(biāo)準(zhǔn)制定了四種事務(wù)隔離級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)，各數(shù)據(jù)庫廠商在正確性和性能之間做了妥協(xié)，并沒有嚴(yán)格遵循這些標(biāo)準(zhǔn)；MySQL innodb默認(rèn)支持的隔離級(jí)別是 REPEATABLE READ；

數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)（ISO/ANSI SQL）定義了四種隔離級(jí)別，從低到高依次是：

1.5 命令

-- 設(shè)置隔離級(jí)別
SET [GLOBAL | SESSION] TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

-- 或者采用下面的方式設(shè)置隔離級(jí)別
SET @@tx_isolation = 'REPEATABLE READ';
SET @@global.tx_isolation = 'REPEATABLE READ';

-- 查看全局隔離級(jí)別
SELECT @@global.tx_isolation;

-- 查看當(dāng)前會(huì)話隔離級(jí)別
SELECT @@session.tx_isolation;
SELECT @@tx_isolation;

-- 手動(dòng)給讀加 S 鎖
SELECT ... LOCK IN SHARE MODE;

-- 手動(dòng)給讀加 X 鎖
SELECT ... FOR UPDATE;

-- 查看當(dāng)前鎖信息
SELECT * FROM information_schema.innodb_locks;

二、并發(fā)讀異常

2.1 臟讀

事務(wù)（A）可以讀到另外一個(gè)事務(wù)（B）中未提交的數(shù)據(jù)；也就是事務(wù)A讀到臟數(shù)據(jù)；在讀寫分離的場(chǎng)景下，可以將 slave 節(jié)點(diǎn)設(shè)置為 READ UNCOMMITTED；此時(shí)臟讀不影響，在 slave 上查詢并不需要特別精準(zhǔn)的返回值。

示例

2.2 不可重復(fù)讀

事務(wù)（A) 可以讀到另外一個(gè)事務(wù)（B）中提交的數(shù)據(jù)；通常發(fā)生在一個(gè)事務(wù)中兩次讀到的數(shù)據(jù)是不一樣的情況；不可重復(fù)讀在隔離級(jí)別 READ COMMITTED 存在。一般而言，不可重復(fù)讀的問題是可以接受的，因?yàn)樽x到已經(jīng)提交的數(shù)據(jù)，一般不會(huì)帶來很大的問題，所以很多廠商（如Oracle、SQL Server）默認(rèn)隔離級(jí)別就是 READ COMMITTED；

示例

2.3 幻讀

兩次讀取同一個(gè)范圍內(nèi)的記錄得到的結(jié)果集不一樣；快照讀和當(dāng)前讀不一致；

例如：以 name 為唯一鍵的表，一個(gè)事務(wù)中查詢 select * from t where name = 'gulu'; 不存在，接下來 insert into t(name) values ('gulu'); 出現(xiàn)錯(cuò)誤，因?yàn)榇藭r(shí)另外一個(gè)事務(wù)也執(zhí)行了 insert 操作；

幻讀在隔離級(jí)別 REPEATABLE READ 及以下存在；但是可以在 REPEATABLE READ 級(jí)別下通過讀加鎖（使用 next-key locking）解決；

示例

解決：給讀操作加鎖

2.4 丟失更新

臟讀、不可重復(fù)讀、幻讀都是一個(gè)事務(wù)寫，一個(gè)事務(wù)讀，由于一個(gè)事務(wù)的寫導(dǎo)致另一個(gè)事務(wù)讀到了不該讀的數(shù)據(jù)；丟失更新是兩個(gè)事務(wù)都是寫；丟失更新分為提交覆蓋和回滾覆蓋；回滾覆蓋數(shù)據(jù)庫拒絕不可能產(chǎn)生，重點(diǎn)關(guān)注提交覆蓋；

示例

2.5 隔離級(jí)別下并發(fā)讀異常

2.6 區(qū)別

• 臟讀和不可重復(fù)讀的區(qū)別在于，臟讀是讀取了另一個(gè)事務(wù)未提交的數(shù)據(jù)，而不可重復(fù)讀是讀取了另一個(gè)事務(wù)提交之后的修改；本質(zhì)上都是其他事務(wù)的修改影響了本事務(wù)的讀??；
• 不可重復(fù)讀和幻讀比較類似；不可重復(fù)讀是兩次讀取同一條記錄，得到不一樣的結(jié)果；而幻讀是兩次讀取同一個(gè)范圍內(nèi)的記錄得到的結(jié)果集不一樣（可能不同個(gè)數(shù)，也可能相同個(gè)數(shù)內(nèi)容不一樣，比如x一行后又添加新行）；不可重復(fù)讀是因?yàn)槠渌聞?wù)進(jìn)行了 update 操作，幻讀是因?yàn)槠渌聞?wù)進(jìn)行了 insert 或者 delete 操作。

三、Redo Log（重做日志）

在 MySQL InnoDB 存儲(chǔ)引擎中，Redo Log 是實(shí)現(xiàn)事務(wù)持久性的核心機(jī)制。
簡(jiǎn)單來說，它用來保證事務(wù)提交后，即使系統(tǒng)宕機(jī)，也能通過日志恢復(fù)到正確狀態(tài)。

在事務(wù)執(zhí)行過程中，數(shù)據(jù)的修改首先發(fā)生在內(nèi)存中的 Buffer Pool，但內(nèi)存數(shù)據(jù)存在易失性，一旦斷電或崩潰就會(huì)丟失。為了防止這種情況，InnoDB 設(shè)計(jì)了 Redo Log 來記錄數(shù)據(jù)的物理修改。

Redo Log 由兩部分組成：

• redo log buffer（內(nèi)存中）：暫存事務(wù)執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生的日志；
• redo log file（磁盤文件）：持久化存儲(chǔ)日志記錄。

在事務(wù)提交（COMMIT）的過程中，必須先將 redo log buffer 寫入磁盤文件（刷盤），確認(rèn)日志已經(jīng)持久化后，事務(wù)才算真正提交成功。這就是事務(wù)的 WAL（Write-Ahead Logging，預(yù)寫日志）機(jī)制 —— 先寫日志，后寫數(shù)據(jù)。

Redo Log 的特性與作用

• 記錄內(nèi)容： 頁號(hào)、頁偏移量、修改內(nèi)容（物理變化）；
• 寫入方式： 順序?qū)懭?，性能高?/li>
• 使用場(chǎng)景： 正常運(yùn)行時(shí)只寫不讀，只有在 宕機(jī)恢復(fù) 時(shí)才會(huì)被讀取，用于將數(shù)據(jù)恢復(fù)到最近一次提交的狀態(tài)。
• 作用總結(jié)： 確保了數(shù)據(jù)的持久性（D）

四、Undo Log（回滾日志）

與 Redo Log 相對(duì)，Undo Log 用來實(shí)現(xiàn)事務(wù)的原子性（Atomicity）和支持 MVCC（多版本并發(fā)控制）。
如果 Redo Log 是“向前重做”，Undo Log 就是“向后回滾”。

當(dāng)事務(wù)執(zhí)行時(shí)，InnoDB 會(huì)為每一次數(shù)據(jù)修改生成相應(yīng)的 Undo 記錄，用來保存修改前的數(shù)據(jù)版本。這些 Undo 日志存儲(chǔ)在 共享表空間（Undo Tablespace） 中。

在事務(wù)回滾（ROLLBACK）時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù) Undo Log 執(zhí)行反向操作，把數(shù)據(jù)邏輯地恢復(fù)到修改前的狀態(tài)：

• 若事務(wù)執(zhí)行了 INSERT，回滾時(shí)會(huì)執(zhí)行 DELETE；
• 若事務(wù)執(zhí)行了 DELETE，回滾時(shí)會(huì)執(zhí)行 INSERT；
• 若事務(wù)執(zhí)行了 UPDATE，回滾時(shí)會(huì)執(zhí)行相反方向的 UPDATE。

Undo Log 的特性與作用

1. 保證事務(wù)原子性：
   如果事務(wù)執(zhí)行中途失敗，可以根據(jù) Undo Log 將已執(zhí)行的部分操作撤銷，確保“要么全部成功，要么全部失敗”。

2. 支撐 MVCC（多版本并發(fā)控制）：
   Undo Log 記錄了每行數(shù)據(jù)的歷史版本，通過它 MySQL 可以在不同事務(wù)中讀取到不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)快照，從而實(shí)現(xiàn)非鎖定讀。

3. 記錄形式： Undo Log 是邏輯日志（記錄操作邏輯），不同于 Redo Log 的物理頁修改。

總結(jié) 

到此這篇關(guān)于MySQL事務(wù)機(jī)制與并發(fā)讀異常的文章就介紹到這了,更多相關(guān)MySQL事務(wù)與并發(fā)讀異常內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！