深入聊聊MySQL中的事務特性與實作原理

這篇文章帶大家聊聊MySQL中的事務特性，介紹一下多版本並發控制MVCC實現原理，希望對大家有幫助！

一、概念

# 一般指的是邏輯上的一組運算，或者作為單一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、交易的特性以及型別介紹

#2.1 事務特性

##原子性（atomicity）

交易的原子性指的是所有構成事務的操作要麼全部執行成功，要麼全部執行是失敗。

一致性（consistency）

交易的一致性指的是事務執行之前和執行之後，資料始終處於一致的狀態。

隔離性（isolation）

交易的隔離性指的是並發執行的兩個交易之間互不干擾，也就是說，一個交易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是透過鎖定MVCC機制來保證交易的隔離。

持久性（duration）

交易的持久性指的是一旦交易被提交後，此交易對資料的變更操作會被持久化到資料庫中，並且不會被回滾。

2.2 兩個交易類型介紹

本機交易
• 分散式交易

##本地事務

通常基於關係型資料庫控制的事務可以稱為傳統事務或本地事務。

本地事務的執行流程

#客戶端開始交易操作之前，需要開啟一個連線回話；
開始回話之後，客戶端發起開啟事務的指令；
交易開始後，客戶端發送各種SQL語句處理資料；
正常情況下，客戶端會啟動提交交易的指令，如果發生異常情況，客戶端會啟動回滾事務命令；
上述流程完成後，關閉會話。

✔本機事務是有資源管理器在本機進行管理的。

本地交易的缺點在於：

不具備分散式交易的處理能力

• 一次交易過程只能連接一個支援事務的資料庫，既不能用於多個事務性資料庫。

三、並發交易會帶來的哪些問題?

#更新遺失（髒寫）

當兩個會在兩個以上的事務同時操作同一行數據，並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，所以會出現最後的更新操作會覆寫之前其他交易完成的更新操作。

舉例：

張三的帳戶為100元，目前有兩個事務：事務1和事務2，事務1是將張三帳戶餘額增加100元，事務2是將張三餘額增加200，起初事務1和事務2同時讀到張三的帳戶餘額都是100元，然後事務1和事務2分別更新張三月，假設事務1先於事務2提交，但是最近兩個事務都提交後張三的餘額為300元（正常情況應該是400元），

也就是說：後提交的事務2覆蓋了事務1的更新操作，這就是所謂的更新遺失，更新遺失（髒寫）本質上是寫操作的衝突，然而解決髒寫的方式是讓每個事務串列方式執行，保證事務按照一定的順序執行寫操作。

#

髒讀

一個交易讀取到另一個交易未提交的資料。例如：事務1正在對張三的餘額增加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髒數據，並且對髒數據叢下一步的處理，此時就會產生未提交數據的依賴關係，通常這種現像被稱為臟讀，也就是說：髒讀是一個事務讀取了另一個事務沒提交的資料。

?髒讀本質上是讀寫操作的衝突，解決方法是先寫後讀，也就是寫完後再讀。

不可重複讀取

一個事務讀取了某些數據，在一段時間後，這個事務再次讀取之前讀過的數據，此時發現讀取的資料發生了變化，或者其中某些資料記錄已經被刪除，這種現像被稱為：不可重複讀，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。

不可重複讀取的本質上也是讀寫操作衝突，解決方法是先讀後寫，也就是讀完之後再寫。

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範圍的數據記錄，兩次讀到的結果不同。

幻讀的本質上也是讀寫操作衝突，解決方法是先讀後寫，也就是讀完之後再寫。

那到這裡，很多小夥伴就有疑問，同樣本質都是讀寫操作衝突，解決方法是先讀後寫，不可重複讀和幻讀到底有何區別?，我以下見簡單解釋：

• 1️⃣ 不可重複讀的重點在於更新和刪除操作，而幻讀的重點在於插入操作。

• 2️⃣ MySQL使用鎖定機制實作交易的隔離等級時，在可重複讀取隔離等級中，SQL語句第一個讀取到資料後，會將對應的資料加鎖，使得其他事務無法修改和刪除這些數據，透過鎖的方式實現可重複讀取。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，幻讀是無法透過鎖定機制來避免，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資料庫的並發能力。

✔MySQL是透過MVCC（多版本的同時控制）機制來避免無法重複讀取和幻讀。

四、MySQL事務的隔離等級

#使用下面的指令可以查詢全域層級和會話層級的事務隔離等級：

# 默认数据库的事务隔离级别为：可重复读（REPEATABLE-READ）
SELECT @@global.tx_isolation;
SELECT @@session.tx_isolation;
SELECT @@tx_isolation;

五、多版本並發控制MVCC

Multi-Version Concurrency Control多版本並發控制，MVCC是一種並發控制的方法，一般在資料庫管理系統中，實現對資料庫的並發存取。

MVCC比鎖的優勢

可以將MVCC看成行級鎖定的一種妥協，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，在寫入操作進行時只鎖定必要的記錄。

MVCC的实现原理

MVCC的是通过保存数据澡某个时间点的快照来实现的，也就是说，不管事务执行多长的时间，每个事务看到的数据都是一致的。根据事务的开始时间不同，每个事务对同一张表，同一时刻看到的数据可能是不一样的。InnonDB主要通过为每一行记录添加两个额外的隐藏的值来实现MVCC，这两个值一个记录这行数据何时被创建，另外一个记录这行数据何时过期（或者被删除）。但是InnoDB并不存储这些事件发生时的 实际时间 ，相反它只存储这些事件发生时的系统 版本号（version） 。这是一个随着事务的创建而不断增长的数字。每个事务在事务开始时会记录它自己的系统版本号。每个查询必须去检查每行数据的版本号与事务的版本号是否相同。

《高性能MySQL》书籍中介绍到：

MVCC只在REPEATABLE READ和READ COMMITTIED两个隔离级别下工作，其他两个隔离级别都和MVCC不兼容，因为READ UNCOMMITTED总是读取最新的数据行，而不符合当前事务版本数据行，而SERIALIZABLE串行化隔离级别则会对所有读取的行都加锁。

接下来举个例子说明在可重复读事务隔离级别下，MVCC机制是如何完成增删改查操作的。

• 查询操作（SELECT）

在查询操作中，InnoDB存储引擎跟根据以下两个条件查询对应的行记录，只有满足对应条件才会被返回：

1️⃣ 只查找不晚于当前事务版本的数据行，也就是说，InnoDB存储引擎只会查找版本号小于或者等于当前事务版本的数据行，这些数据行要么在该事务开始前就存在，要么就是事务本身插入或者更新的行。
2️⃣ 对于数据删除，数据行删除的版本要么还没有被定义，要么大于当前事务的版本号，只有这样才能确保事务读到的行，在事务开始前并没有被删除。

举个例子，存在 事务A 和 事务B 两个事务，事务A中存在两套相同的SELECT语句，事务B存在一条UPDATE语句，事务A 的第一条查询语句在事务B提交之前执行，第二条查询语句在 事务B 提交之后执行，事务A 如下所示：

-- 事务A操作
START TRANSACTION;
SELECT * FROM account WHERE id = 1;     //在事务B提交之前执行
SELECT * FROM account WHERE id = 1;     //在事务B提交之后执行
COMMIT;

事务B：

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

✔结论：如果没有使用MVCC机制，则事务A中的第一条SELECT语句读取的数据是修改前的数据，而第二条SELECT语句读取的是修改后的数据，两次读取的数据不一致，想想，那不就乱了吗?? 如果使用了MVCC机制，无论事务B如何修改数据，事务A的两条查询语句的到的结果始终是一致的。

• 插入操作（SELECT）

在插入操作中，InnoDB会将新插入的每一条行记录的当前系统版本包保存为行版本号。

比如：向account表插入一条数据，同时MVCC的两个版本号分别为create_version和delete_version，create_version代表创建行的版本号，delete_version代表删除行的版本号，另外还有一个事务ID字段，如下面所示：

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

对应的版本号信息如下表：

id	name	balance	transaction_id	create_version	delete_version
1001	austin	100	1	1	未定义

可以看出，当向数据表新增记录时，需要设置保存行的版本号，而删除行的版本号未定义。

• 更新操作（SELECT）

在更新操作中，InnoDB存储引擎会插入一行新记录，并保存当前系统的版本号为新记录行的版本号，同时保存当前系统的版本号到原来数据行作为删除标识。比如：将account数据表中id为1001的用户账户月增加100元，对应SQL如下：

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

执行SQL, 在MVCC机制下的更新操作如下表所示：

id	name	balance	transaction_id	create_version	delete_version
1001	austin	100	1	1	2
1001	austin	200	2	2	未定义

可以明显看出，执行更新操作时，MVCC机制是先将原来的数据复制一份，将balance字段增加100后，再讲create_version字段的值设置为当前系统的版本号，而delete_version字段的值未定义。

注意的是：原来的行会被复制到Undo Log中。

• 删除操作（SELECT）

在删除操作中，InnoDB存储引擎会保存删除的每一个行记录当前的系统版本号，作为删除标识。比如：删除account数据表中id为1001的数据，SQL如下所示：

DELETE FROM account WHERE id = 1001;

对应MVCC机制下的删除操作如下表所示：

id	name	balance	transaction_id	create_version	delete_version
1001	austin	200	3	2	3

可以看出，当删除数据表数据行时，MVCC机制会将当前系统的版本号写入删除数据行版本字段delete_version中，以此来表示当前数据行已经被删除。

六、总结

本文主要讲述了事务的特性、类型和本地事务和分布式事务的区别，通过不同的示例解释并发事务带来的更新丢失、脏读、不可重复读、幻读的问题，同时介绍了多版本并发控制MVCC的实现原理，如果文章对你有帮助，感谢点赞?+评论?+收藏❤，我是：?‍?austin流川枫，我们下期见!

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