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MySQL事务

mysql事务
2023-06-13 09:11:27 时间

引言

通俗来讲事务就是多步操作要么全部成功要么全部失败，保证最终状态一致。为了简化应用程序，使其可以忽略一些潜在错误和并发问题，数据库层对事务的ACID特性做了统一支持。

事务的基本特性

事务有四大特性：原子性（Atomicity） 一致性（Consistency） 隔离性（Isolation） 持久性（Durability)，俗称：ACID

  • 原子性：多个操作要么全部执行成功，只要有一个执行失败，就回滚所有操作，回到最初的状态。
  • 一致性：保证数据从一个有效状态，转变到另一个有效状态，只要这些转变状态的数据满足一开始设立的规则就可以了。
  • 隔离性：一个事物在最终提交之前，数据的改变对其他事务是不可见的。
  • 持久性：事务的最终操作结果能被持久保存。

MySQL事务

接下来我们介绍MySQL中的事务是如何保证ACID特性的。（以下不做特殊说明，都默认InnoDB引擎）

原子性：

我们在MySQL中可以使用以下语句开启一个事务： BEGIN / START TRANSACTION （START TRANSACTION还可以指定只读事务和读写事务，不过使用的比较少）

提交事务：COMMIT

回滚事务：ROLLBACK

站在使用者的角度，我们开启一个事务，然后执行SQL语句，最终COMMIT成功则所有的SQL都会成功执行，如果失败执行ROLLBACK操作所有的语句都回到最初状态。MySQL对数据的变更操作总是会记录undo log, undo log中记录了一条数据被修改的链条，当需要执行回滚操作时，根据对应的事务ID，找到回滚点对数据执行恢复操作。如果执行commit的话，MySQL把最终结果刷到磁盘中。为了保证事务执行中，异常宕机导致事务仍可回滚，undo log的数据也是会被持久化到磁盘的。如果一些比较大的事务undo内存缓存失效时，回滚操作可能会伴随大量的磁盘IO。

一致性：

MySQL中的一致性主要包括，数据在任何时候状态都是一致的。如何保证在实例异常崩溃情况下的一致性，MySQL主要依靠Doublewrite、crash recover来保证事务的一致性。为什么需要Doublewrite？

InnoDB是以页为单位存储数据的

Page Size默认16KB

EXT家族文件系统的IO最小单元通常设置为1KB 2KB 或者4KB（传送门）

磁盘的最小IO是一个扇区：512字节

因此再写一页数据时，有可能存在写了2KB电脑异常断电的情况，这个时候的页数据是损坏的。为了解决这个问题MySQL在脏数据写入磁盘时：

  • 先把数据复制到Doublewrite buffer
  • 把数据顺序写入共享表空间的文件（第一次写，因为是顺序写所以效率很高）
  • 然后把数据分别写入各个表空间（第二次写，随机写效率低）

如果在写各表的表空间时发生异常，可以依赖共享表空间的数据进行数据恢复。（Doublewrite会带来一些性能损耗，可以根据自己实际的业务场景选择是否关闭） crash recover主要是依赖MySQL的binlog和InnoDB的redo log，在实例异常崩溃重启之后，进行数据恢复。具体过程这里就不描述了，感兴趣的同学可以参照（http://mysql.taobao.org/monthly/2018/07/05/）。

隔离性：

InnoDB支持四种隔离级别：

  • 读未提交（READ-UNCOMMITTED）：事务在commit之前，它的变更就能被别的事务读到
  • 读已提交（READ-COMMITTED）：事务在commit之后，他的变更才能被看到
  • 可重复读（REPEATABLE-READ）：在一个事务内部读到的数据总是一致的
  • 序列化（SERIALIZABLE）：出现读写锁冲突时，事务要依次顺序执行

InnoDB引擎默认是可重复读隔离级别，也是业务场景中使用最多的隔离级别。下面我们主要介绍下，事务可重复读的实现方式。

在可重复读隔离级别下，事务启动时，会给数据创建一个“视图”，这里说视图并不是物理存在的，而是逻辑上的快照。前文已经提到过，当我们对数据进行变更时，会产生undo log记录，记录的变更操作包括INSERT/UPDATE/DELETE。INSERT的变更记录处理比较简单，在事务commit之后直接删除就可以了。UPDATE和DELETE的变更记录稍微复杂一些，需要维护多个版本信息。InnoDB中的每一个事务也会依照顺序生成递增的事务ID（trx_id)。下图就是一条记录在三个事务中存在三个版本的示意图。可以依据当前的trx_id在unlog的“链表”中，找到记录在当前事务的状态，这也是MVCC的实现原理。

举一个具体的例子：我们先构造一张curriculum(课程表):

id

teacher

1

1

3

3

5

5

事务的执行顺序：

事务一

事务二

START TRANSACTION WITH CONSISTENT SNAPSHOT

START TRANSACTION WITH CONSISTENT SNAPSHOT

update curriculum set teacher=100 where id = 1;

commit;

select teacher from curriculum where id=1;

commit;

此时事务一中查到的teacher值是1。这里很容易理解，因为我们开启了事务并创建了视图，id=1的记录虽然在事务二中被修改为100了，但是在事务一仍然可以根据trx_id和undo log中的“链条”找到自己当前trx_id对应的id=1记录的值。

我们再举一个例子：

事务一

事务二

START TRANSACTION WITH CONSISTENT SNAPSHOT

START TRANSACTION WITH CONSISTENT SNAPSHOT

update curriculum set teacher=100 where id = 1;

commit;

update curriculum set teacher=teacher+1 where id = 1;

select teacher from curriculum where id=1;

commit;

和上面的例子相比我们在事务一的查询之前，增加了一条update语句，那么这时查询到teacher的值是多少呢？查询出来的值是101。为什么是101不是2呢？因为事务二已经对id=1的列进行了修改，此时如果事务一还是按照事务初始记录的状态更新数据会导致，事务二的更新操作丢失，而出现数据不一致，这个时候就需要读当前数据了。总结起来就是， 查询操作默认“快照读”，有了更新操作和更新操作后的查询需要获取“当前读”的数据。

进一步演化下这个例子：

事务一

事务二

START TRANSACTION WITH CONSISTENT SNAPSHOT

START TRANSACTION WITH CONSISTENT SNAPSHOT

update curriculum set teacher=100 where id = 1;

update curriculum set teacher=teacher+1 where id = 1;

select teacher from curriculum where id=1;

commit;

commit;

把事务二的commit放到了事务一的更新语句之后。此时因为事务一和事务二同时修改id=1这一条记录，事务二首先获取到了此记录的写锁，事务一锁等待，等事务二commit完成之后，事务一中的update语句才能正常执行，执行结果和上一个例子一样。MySQL的锁比较复杂，我们单独有一篇文章介绍传送门

持久性：

MySQL为了保证数据不丢失记录了多份日志。首先是binlog，binlog的写入分为两步：

  • 把日志写入binlog cache（内存）
  • 把binlog cache刷入磁盘

事务提交时，MySQL的执行器会把binlog cache里的完整事务写入binlog中，并清空binlog cache。每个线程都有自己的binglog cache。binlog写文件的时候还涉及到两个操作一个是write一个是fsync，write只是把数据写入了文件系统的缓冲区，fsync会直接落盘。MySQL提供了一个参数sync_binlog。sync_binlog=0时每次提交事务只write不主动fsync，sync_binlog=n时表明n次commit之后，统一调用fsync落盘。redo log的写入和binlog是很像的也是有两个阶段

  • 把事务的日志写到redo log buffer（内存）
  • redo log buffer中的数据刷入磁盘

不过两者又有所区别，redo log buffer通过innodb_flush_log_at_trx_commit参数决定落盘的策略。

  • 值为0时：每次事务提交都只把redo log留在redo log buffer
  • 值为1时：每次事务提交把redo log直接fsync到磁盘
  • 值为2时：每次事务提交把redo log 写到文件系统的缓存

InnoDB会定时检测事务的日志，按照上面的配置策略进行落盘。（画外音：为了提升写磁盘的效率，MySQL采用了“组提交”机制，减少刷盘的次数。） MySQL为了保证最终落盘的数据是准确的，采用了两阶段提交的策略：

  • 先写redo log，进入prepare阶段
  • 再写binlog，等binlog完成后，commit，提交事务

这样当实例异常崩溃重启之后，如果redo log中已经commit，则数据继续提交就好了；如果redo log只在prepare状态，则判断binlog是否存在完整事务日志，如果日志完整继续commit事务，如果不完整根据undo log中的数据版本进行事务回滚。

参考文献： http://mysql.taobao.org/monthly/2015/12/01/ http://mysql.taobao.org/monthly/2015/04/01/ http://mysql.taobao.org/monthly/2018/07/05/ https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-doublewrite-buffer.html

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