InnoDB引擎中的事务详解

一、事务

事务（Transaction）是访问和更新数据库的程序执行单元；事务中可能包含一个或多个sql语句，这些语句要么都执行，要么都不执行。MySQL中默认采用的是自动提交（autocommit），在自动提交模式下，如果没有start transaction显式地开始一个事务，那么每个sql语句都会被当做一个事务执行提交操作。

start transaction;   #1.开始事务
……  #一条或多条sql语句
commit; #2.提交事务

1.自动提交（autocommit）

可以关闭autocommit（set autocommit = 0)；需要注意的是，autocommit参数是针对连接的，在一个连接中修改了参数，不会对其他连接产生影响。如果关闭了autocommit，则所有的sql语句都在一个事务中，直到执行了commit或rollback，该事务结束，同时开始了另外一个事务。

2. 特殊操作

在MySQL中，存在一些特殊的命令，如果在事务中执行了这些命令，会马上强制执行commit提交事务；如DDL语句(create table/drop table/alter/table)、lock tables语句等等。不过，常用的select、insert、update和delete命令，都不会强制提交事务。

二、事务的ACID特性

1.原子性(Atomicity)：

1.1.定义

指的是整个事务要么全部成功，要么全部失败,如果事务中一个sql语句执行失败，则已执行的语句rollback也必须回滚，数据库退回到事务前的状态。

1.2.实现原理：undo log

InnoDB通过undolog保证rollback的时候能找到之前的数据。生成的undo log中会包含被修改行的主键(知道修改了哪些行)、修改了哪些列、这些列在修改前后的值等信息。当事务回滚时能够撤销所有已经成功执行的sql语句。InnoDB实现回滚，靠的是undo log：当事务对数据库进行修改时，InnoDB会生成对应的undo log；如果事务执行失败或调用了rollback，导致事务需要回滚，便可以利用undo log中的信息将数据回滚到修改之前的样子。对于每个insert，回滚时会执行delete；对于每个delete，回滚时会执行insert；对于每个update，回滚时会执行一个相反的update，把数据改回去。

2.一致性(Consistency)：

2.1 定义：

一致性是指事务执行结束后，数据库的完整性约束没有被破坏，事务执行的前后都是合法的数据状态

2.2 实现原理

主要通过crash recovery和double write buffer的机制保证数据的一致性。

3.隔离性(Isolation)：

3.1 定义：

隔离性是指，事务内部的操作与其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。隔离是不同事务之间的相互影响。

（1）隔离级别:

读未提交在并发时会导致很多问题，而性能相对于其他隔离级别提高却很有限，因此使用较少。可串行化强制事务串行，并发效率很低，因此使用也较少。因此在大多数数据库系统中，默认的隔离级别是读已提交(如Oracle)或可重复读（InnoDB）（后文简称RR）,可分全局隔离级别和本次会话的隔离级别。

（2）隔离性可以分为两个方面：

• (一个事务)写操作对(另一个事务)写操作的影响：锁机制保证 （写与写）隔离性
• (一个事务)写操作对(另一个事务)读操作的影响：MVCC保证 （写与读）隔离性

隔离性要求同一时刻只能有一个事务对数据进行写操作，InnoDB通过锁机制来保证这一点。行锁则只锁定需要操作的数据，但是由于加锁本身需要消耗资源(获得锁、检查锁、释放锁等都需要消耗资源)，因此在锁定数据较多情况下使用表锁可以节省大量资源。RR是无法避免幻读问题的，所以InnoDB引入MVVC实现的RR避免了幻读问题。

3.2脏读、不可重复读和幻读

（1）脏读：

当前事务(A)中可以读到其他事务(B)未提交的数据（脏数据），这种现象是脏读。

（2）不可重复读：

在事务A中先后两次读取同一个数据，两次读取的结果不一样，这种现象称为不可重复读。脏读与不可重复读的区别在于：前者读到的是其他事务未提交的数据，后者读到的是其他事务已提交的数据。

（3）幻读：

在事务A中按照某个条件先后两次查询数据库，两次查询结果的条数不同，这种现象称为幻读。不可重复读与幻读的区别可以通俗的理解为：前者是数据变了，后者是数据的行数变了。

3.3 MVVC多版本的并发控制

MVCC的特点：在同一时刻，不同的事务读取到的数据可能是不同的(即多版本)，事务A和事务C可以读取到不同版本的数据。

MVCC最大的优点是读不加锁，因此读写不冲突，多个版本的数据可以共存，主要基于以下技术及数据结构：

1）隐藏列：InnoDB中每行数据都有隐藏列，隐藏列中包含了本行数据的事务id、指向undo log的指针等。

2）基于undo log的版本链：前面说到每行数据的隐藏列中包含了指向undo log的指针，而每条undo log也会指向更早版本的undo log，从而形成一条版本链。

3）ReadView：指事务（记做事务A）在某一时刻给整个事务系统（trx_sys）打快照，之后再进行读操作时，会将读取到的数据中的事务id与trx_sys快照比较，从而判断数据对该ReadView是否可见，即对事务A是否可见。

trx_sys中的主要内容，以及判断可见性的方法如下：

• low_limit_id：表示生成ReadView时系统中应该分配给下一个事务的id。如果数据的事务id大于等于low_limit_id，则对该ReadView不可见。
• up_limit_id：表示生成ReadView时当前系统中活跃的读写事务中最小的事务id。如果数据的事务id小于up_limit_id，则对该ReadView可见。
• rw_trx_ids：表示生成ReadView时当前系统中活跃的读写事务的事务id列表。如果数据的事务id在low_limit_id和up_limit_id之间，则需要判断事务id是否在rw_trx_ids中：如果在，说明生成ReadView时事务仍在活跃中，因此数据对ReadView不可见；如果不在，说明生成ReadView时事务已经提交了，因此数据对ReadView可见。

3.4. 锁机制

两个事务的写操作之间的相互影响。隔离性要求同一时刻只能有一个事务对数据进行写操作，InnoDB通过锁机制来保证这一点。锁机制的基本原理可以概括为：事务在修改数据之前，需要先获得相应的锁；获得锁之后，事务便可以修改数据；该事务操作期间，这部分数据是锁定的，其他事务如果需要修改数据，需要等待当前事务提交或回滚后释放锁。

行锁与表锁

表锁在操作数据时会锁定整张表，并发性能较差；行锁则只锁定需要操作的数据，并发性能好。MyIsam只支持表锁，而InnoDB同时支持表锁和行锁，且出于性能考虑，绝大多数情况下使用的都是行锁。

如何查看锁信息

有多种方法可以查看InnoDB中锁的情况，例如：

select * from information_schema.innodb_locks; #锁的概况
show engine innodb status; #InnoDB整体状态，其中包括锁的情况

下面来看一个例子：

#在事务A中执行：
start transaction;
update account SET balance = 1000 where id = 1;
#在事务B中执行：
start transaction;
update account SET balance = 2000 where id = 1;

此时查看锁的情况：

show engine innodb status查看锁相关的部分：

通过上述命令可以查看事务24052和24053占用锁的情况；其中lock_type为RECORD，代表锁为行锁(记录锁)；lock_mode为X，代表排它锁(写锁)。

4.持久性(Durability)：

4.1 定义：

数据在事务commit 后在任何情况下都不能丢。InnoDB通过redolog保证已经commit的数据一定不会丢失。

4.2实现原理：redo log

redo log存在背景：

InnoDB Buffer Pool中包含了磁盘中部分数据页的映射，当向数据库写入数据时，会首先写入Buffer Pool。Buffer Pool中修改的数据会定期刷新到磁盘中（这一过程称为刷脏）。但是也带了新的问题：如果MySQL宕机，而此时Buffer Pool中修改的数据还没有刷新到磁盘，就会导致数据的丢失，事务的持久性无法保证。

redo log被引入来解决这个问题：当数据修改时，除了修改Buffer Pool中的数据，还会在redo log记录这次操作；当事务提交时，会调用fsync接口对redo log进行刷盘。如果MySQL宕机，重启时可以读取redo log中的数据，对数据库进行恢复。redo log采用的是WAL（Write-ahead logging，预写式日志），所有修改先写入日志，再更新到Buffer Pool，保证了数据不会因MySQL宕机而丢失，从而满足了持久性要求。

既然redo log也需要在事务提交时将日志写入磁盘，为什么它比直接将Buffer Pool中修改的数据写入磁盘(即刷脏)要快呢？主要有以下两方面的原因：

（1）刷脏是随机IO，因为每次修改的数据位置随机，但写redo log是追加操作，属于顺序IO。

（2）刷脏是以数据页（Page）为单位的，MySQL默认页大小是16KB，一个Page上一个小修改都要整页写入；而redo log中只包含真正需要写入的部分，无效IO大大减少。

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