深入聊聊MySQL中的事務特性和實現原理

本篇文章帶大家聊聊MySQL中的事務特性，介紹一下多版本并發控制MVCC實現原理，希望對大家有所幫助！

一、概念

事務 一般指的是邏輯上的一組操作，或者作為單個邏輯單元執行的一系列操作，一個事務中的所有操作會被封裝成一個不可分割的執行單元，這個單元的所有操作要么全部執行成功，要么全部執行失敗，只要其中任意一個操作執行失敗，整個事務就會執行回滾操作。

二、事務的特性以及類型介紹

2.1 事務特性

原子性（atomicity）

事務的原子性指的是構成事務的所有操作要么全部執行成功，要么全部執行是失敗。

一致性（consistency）

事務的一致性指的是事務執行之前和執行之后，數據始終處于一致的狀態。

隔離性（isolation）

事務的隔離性指的是并發執行的兩個事務之間互不干擾，也就是說，一個事務執行的過程中是無法看到其他事務運行過程的中間狀態的。

?‍注意：MySQL是通過鎖個MVCC機制來保證事務的隔離性。

持久性（duration）

事務的持久性指的是一旦事務被提交后，此事務對數據的更改操作會被持久化到數據庫中，并且不會被回滾。

2.2 兩種事務類型介紹

• 本地事務
• 分布式事務

本地事務

通?；陉P系型數據庫控制的事務可以稱作為傳統事務或者本地事務。

本地事務的執行流程

• 客戶端開始事務操作之前，需要開啟一個連接回話；

• 開始回話之后，客戶端發起開啟事務的指令；

• 事務開始后，客戶端發送各種SQL語句處理數據；

• 正常情況下，客戶端會發起提交事務的指令，如果發生異常情況，客戶端會發起回滾事務命令；

• 上述流程完成后，關閉會話。

✔本地事務是有資源管理器在本地進行管理的。

本地事務的缺點在于：

• 不具備分布式事務的處理能力
• 一次事務過程只能連接一個支持事務的數據庫，既不能用于多個事務性數據庫。

三、并發事務會帶來的哪些問題?

更新丟失（臟寫）

當兩個會在兩個以上的事務同時操作同一行數據，并給予最初選定的值更新該行數據時，視為事務之間是無法感知彼此的存在的，所以會出現最后的更新操作會覆蓋之前其他事務完成的更新操作。

舉個例子：

張三的賬戶為100元，當前有兩個事務：事務1和事務2，事務1是將張三賬戶余額增加100元，事務2是將張三余額增加200，起初事務1和事務2同時讀到張三的賬戶余額都是100元，然后事務1和事務2分別更新張三月，假設事務1先于事務2提交，但是最近兩個事務都提交后張三的余額為300元（正常情況應該是400元），也就是說：后提交的事務2覆蓋了事務1的更新操作，這就是所謂的更新丟失，更新丟失（臟寫）本質上是寫操作的沖突，然而解決臟寫的方式是讓每個事務串行方式執行，保證事務按照一定的順序執行寫操作。

臟讀

一個事務讀取到另一個事務未提交的數據。比如：事務1正在對張三的余額增加100元，在這個事務沒提交之前，另一個事務2讀取了正在修改的這條數據，如果沒有事務的控制下，第二條事務就會讀取到沒有被提交的臟數據，并且對臟數據叢下一步的處理，此時就會產生未提交數據的依賴關系，通常這種現象被稱為 臟讀，也就是說：臟讀是一個事務讀取了另一個事務沒提交的數據。

?臟讀本質上是讀寫操作的沖突，解決方法是先寫后讀，也就是寫完之后再讀。

不可重復讀

一個事務讀取了某些數據，在一段時間后，這個事務再次讀取之前讀過的數據，此時發現讀取的數據發生了變化，或者其中某些數據記錄已經被刪除，這種現象被稱為：不可重復讀，即同一個事務，使用同樣的查詢語句，在不同時刻讀取到的結果不一致。

不可重復讀的本質上也是讀寫操作沖突，解決方法是先讀后寫，也就是讀完之后再寫。

幻讀

一個事務按照相同的查詢條件重新讀取之前讀過的數據，此時發現其他事務插入了滿足當前查詢條件的新數據，數據結果集變多，這種現象稱為幻讀，即一個事務兩次讀取一個范圍的數據記錄，兩次讀到的結果不同。

幻讀的本質上也是讀寫操作沖突，解決方法是先讀后寫，也就是讀完之后再寫。

那到這里，很多小伙伴就有疑問，同樣本質都是讀寫操作沖突，解決方法是先讀后寫，不可重復讀和幻讀到底有何區別?，我下面見簡單解釋一下：

• 1️⃣ 不可重復讀的重點在于更新和刪除操作，而幻讀的重點在于插入操作。

• 2️⃣ MySQL使用鎖機制實現事務的隔離級別時，在可重復讀隔離級別中，SQL語句第一個讀取到數據后，會將相應的數據加鎖，使得其他事務無法修改和刪除這些數據，通過鎖的方式實現可重復讀。但是這種方法無法對新數據的插入加鎖，如果事務1讀取了數據，或者修改和刪除了數據，事務2還可以進行插入操作，導致事務1莫名其妙地多了一條之前沒有的數據，這就是幻讀。

• 3️⃣ 所以，幻讀是無法通過鎖機制來避免，需要使用串行化的事務隔離級別，但是這種事務隔離級別會大大降低數據庫的并發能力。

✔MySQL是通過MVCC（多版本并發控制）機制來避免不可重復讀和幻讀的。

四、MySQL事務的隔離級別

使用下面的命令可以查詢全局級別和會話級別的事務隔離級別：

# 默認數據庫的事務隔離級別為：可重復讀（REPEATABLE-READ） SELECT @@global.tx_isolation; SELECT @@session.tx_isolation; SELECT @@tx_isolation;

五、多版本并發控制MVCC

Multi-Version Concurrency Control多版本并發控制，MVCC是一種并發控制的方法，一般在數據庫管理系統中，實現對數據庫的并發訪問。

MVCC比鎖的優勢

可以將MVCC看成行級別鎖的一種妥協，它在許多情況下避免了使用鎖，同時可以提供更小的開銷。根據實現的不同，它可以允許非阻塞式讀，在寫操作進行時只鎖定必要的記錄。

MVCC的實現原理

MVCC的是通過保存數據澡某個時間點的快照來實現的，也就是說，不管事務執行多長的時間，每個事務看到的數據都是一致的。根據事務的開始時間不同，每個事務對同一張表，同一時刻看到的數據可能是不一樣的。InnonDB主要通過為每一行記錄添加兩個額外的隱藏的值來實現MVCC，這兩個值一個記錄這行數據何時被創建，另外一個記錄這行數據何時過期（或者被刪除）。但是InnoDB并不存儲這些事件發生時的 實際時間 ，相反它只存儲這些事件發生時的系統 版本號（version） 。這是一個隨著事務的創建而不斷增長的數字。每個事務在事務開始時會記錄它自己的系統版本號。每個查詢必須去檢查每行數據的版本號與事務的版本號是否相同。

《高性能MySQL》書籍中介紹到：

MVCC只在REPEATABLE READ和READ COMMITTIED兩個隔離級別下工作，其他兩個隔離級別都和MVCC不兼容，因為READ UNCOMMITTED總是讀取最新的數據行，而不符合當前事務版本數據行，而SERIALIZABLE串行化隔離級別則會對所有讀取的行都加鎖。

接下來舉個例子說明在可重復讀事務隔離級別下，MVCC機制是如何完成增刪改查操作的。

• 查詢操作（SELECT）

在查詢操作中，InnoDB存儲引擎跟根據以下兩個條件查詢對應的行記錄，只有滿足對應條件才會被返回：

1️⃣ 只查找不晚于當前事務版本的數據行，也就是說，InnoDB存儲引擎只會查找版本號小于或者等于當前事務版本的數據行，這些數據行要么在該事務開始前就存在，要么就是事務本身插入或者更新的行。
2️⃣ 對于數據刪除，數據行刪除的版本要么還沒有被定義，要么大于當前事務的版本號，只有這樣才能確保事務讀到的行，在事務開始前并沒有被刪除。

舉個例子，存在 事務A 和 事務B 兩個事務，事務A中存在兩套相同的SELECT語句，事務B存在一條UPDATE語句，事務A 的第一條查詢語句在事務B提交之前執行，第二條查詢語句在 事務B 提交之后執行，事務A 如下所示：

-- 事務A操作 START TRANSACTION; SELECT * FROM account WHERE id = 1;     //在事務B提交之前執行 SELECT * FROM account WHERE id = 1;     //在事務B提交之后執行 COMMIT;

事務B：

-- 事務B操作 START TRANSACTION; UPDATE account SET balance = balance+100 WHERE id = 1; COMMIT;

✔結論：如果沒有使用MVCC機制，則事務A中的第一條SELECT語句讀取的數據是修改前的數據，而第二條SELECT語句讀取的是修改后的數據，兩次讀取的數據不一致，想想，那不就亂了嗎?? 如果使用了MVCC機制，無論事務B如何修改數據，事務A的兩條查詢語句的到的結果始終是一致的。

• 插入操作（SELECT）

在插入操作中，InnoDB會將新插入的每一條行記錄的當前系統版本包保存為行版本號。

比如：向account表插入一條數據，同時MVCC的兩個版本號分別為create_version和delete_version，create_version代表創建行的版本號，delete_version代表刪除行的版本號，另外還有一個事務ID字段，如下面所示：

INSERT INTO account(id, name, balance) values(1001, 'austin', 100);

對應的版本號信息如下表：

可以看出，當向數據表新增記錄時，需要設置保存行的版本號，而刪除行的版本號未定義。

• 更新操作（SELECT）

在更新操作中，InnoDB存儲引擎會插入一行新記錄，并保存當前系統的版本號為新記錄行的版本號，同時保存當前系統的版本號到原來數據行作為刪除標識。比如：將account數據表中id為1001的用戶賬戶月增加100元，對應SQL如下：

UPDATE account SET balance = balance+100 WHERE id = 1001;

執行SQL, 在MVCC機制下的更新操作如下表所示：

可以明顯看出，執行更新操作時，MVCC機制是先將原來的數據復制一份，將balance字段增加100后，再講create_version字段的值設置為當前系統的版本號，而delete_version字段的值未定義。

注意的是：原來的行會被復制到Undo Log中。

• 刪除操作（SELECT）

在刪除操作中，InnoDB存儲引擎會保存刪除的每一個行記錄當前的系統版本號，作為刪除標識。比如：刪除account數據表中id為1001的數據，SQL如下所示：

DELETE FROM account WHERE id = 1001;

對應MVCC機制下的刪除操作如下表所示：

可以看出，當刪除數據表數據行時，MVCC機制會將當前系統的版本號寫入刪除數據行版本字段delete_version中，以此來表示當前數據行已經被刪除。

六、總結

本文主要講述了事務的特性、類型和本地事務和分布式事務的區別，通過不同的示例解釋并發事務帶來的更新丟失、臟讀、不可重復讀、幻讀的問題，同時介紹了多版本并發控制MVCC的實現原理，如果文章對你有幫助，感謝點贊?+評論?+收藏❤，我是：?‍?austin流川楓，我們下期見!

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