阿里面试：MYSQL 事务ACID，底层原理是什么？ 具体是如何实现的？

尼恩说在前面

在40岁老架构师 尼恩的读者交流群(50+)中，很多小伙伴拿到了一线互联网企业如得物、阿里、滴滴、极兔、有赞、希音、百度、网易、美团的面试机会，遇到很多很重要的面试题：

事务ACID，底层是如何实现的?

ACID靠什么保证的?

ACID的一致性是指什么？是如何实现的？

ACID中的持久性是指什么？是如何实现的？

ACID中的隔离性是指什么？是如何实现的？

最近有小伙伴在面试阿里，又遇到了MVCC相关的面试题。小伙伴 支支吾吾的说了几句，没说清楚，面试挂了。

所以，尼恩给大家做一下系统化、体系化的梳理，使得大家内力猛增，可以充分展示一下大家雄厚的 “技术肌肉”，让面试官爱到 “不能自已、口水直流”，然后实现”offer直提”。

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本文作者：

• 第一作者 Moen （负责写初稿 ）
• 第二作者 尼恩 （40岁老架构师， 负责提升此文的 技术高度，让大家有一种 俯视 技术的感觉）

什么是事务

事务（Transaction）是数据库管理系统执行过程中的一个逻辑单位，它由一个有限的数据库操作序列构成。

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。

这些操作要么全部执行，要么全部不执行，是一个不可分割的工作单位。

事务的目的是确保数据的完整性和一致性，它通过一系列的操作，将数据库从一个一致性状态转换到另一个一致性状态。

首先回顾一下MySQL事务的基础知识。

MySQL逻辑架构和存储引擎

如上图所示，MySQL服务器逻辑架构从上往下可以分为三层：

（1）第一层：处理客户端连接、授权认证等。

（2）第二层：服务器层，负责查询语句的解析、优化、缓存以及内置函数的实现、存储过程等。

（3）第三层：存储引擎，负责MySQL中数据的存储和提取。

MySQL 中服务器层不管理事务，事务是由存储引擎实现的。

MySQL支持事务的存储引擎有InnoDB、NDB Cluster等，其中InnoDB的使用最为广泛；其他存储引擎不支持事务，如MyIsam、Memory等。

如无特殊说明，后文中描述的内容都是基于InnoDB。

innodb 一个数据库事务( transaction)的执行过程

数据库事务( transaction) 是指作为一个逻辑工作单元执行的一系列数据库操作，这些操作要么全部成功，要么全部失败，是一个不可分割的工作单元。

事务是在事务开始和事务结束之间执行的一系列数据库操作。

事务的目的是确保数据库操作的一致性和完整性，同时提供对并发访问的隔离性和恢复能力。

图解：一个简化版的执行过程

下面是一个简化版的执行过程

注意：请点击图像以查看清晰的视图！

图解：一个详细版的一个数据库事务( transaction)的执行过程

下面是一个详细版的一个数据库事务( transaction)的执行过程

注意：请点击图像以查看清晰的视图！

InnoDB的一次更新事务涉及到多个组件和步骤，包括Buffer Pool、BinLog、UndoLog、RedoLog以及物理磁盘。

下面是一次完整的事务更新操作过程：

step1. 开始数据，InnoDB 收到更新请求

执行SQL，收到事务的更新请求

step2. 加载数据到缓存中（Buffer Pool）

在进行数据更新时，InnoDB首先在缓冲池（Buffer Pool）中查找待更新记录是否已经在内存中。若记录不在内存中，InnoDB会将记录从磁盘文件读取到缓冲池（Buffer Pool）中。

缓冲池是InnoDB存储引擎提供的临时存储区，用于提升数据读取和修改的速度。将数据加载到缓冲池后，后续的更新操作均在缓冲池内进行。这样可以减少磁盘I/O操作，从而提高事务处理速度。缓冲池在内存中存储数据，可以降低磁盘I/O的开销，提高数据读取和写入的速度，从而优化事务处理性能。

step3. 写入Undo Log

在更新数据之前，InnoDB会将原始数据的副本写入Undo Log（回滚日志）。

Undo Log是保证事务回滚和并发控制的关键部分，也是确保事务原子性和一致性的重要机制。Undo Log记录了事务开始前的数据状态，以便在需要回滚时进行数据恢复。通过记录撤销日志，InnoDB能够实现事务的滚动回滚，提高事务处理的灵活性。撤销日志在事务处理过程中起到了关键作用，它记录了事务的修改过程，使得事务能够在需要时回滚到之前的状态，保证数据的一致性和完整性。

step4. 更新内存数据，包括 Buffer Pool和 Redo Log Buffer

接下来，InnoDB会在缓冲池中更新数据。

这意味着，当执行update语句时，InnoDB会先更新已经读取到Buffer Pool中的数据，修改操作会直接在内存中进行，而不是立即写入磁盘。

此时，缓冲池中的数据被标记为"脏页"，表示与磁盘上的数据不一致。脏页是缓冲池中已经被修改但尚未写入磁盘的数据页，它需要后续的处理才能将修改同步到磁盘，保证数据的持久性。

更新Buffer Pool和Redo Log Buffer通常是数据库系统内部的操作，这些操作可以作为事务处理的一部分。

更新Buffer Pool和Redo Log Buffer的一般步骤：

第一步：Buffer Pool更新：
缓冲池 （Buffer Pool） 是数据库系统中用于存储数据页的内存区域。当需要读取或写入数据时，数据库系统首先会检查缓冲池，如果数据页已经在缓冲池中，就可以直接进行访问，而不必去访问磁盘。
要更新Buffer Pool，首先需要确定要读取或写入的数据页。如果数据页已经在缓冲池中，可以直接进行读取或写入操作；如果数据页不在缓冲池中，则需要将其从磁盘加载到缓冲池中。
更新Buffer Pool的过程通常是由数据库系统自动管理的，但也可以通过合适的API或查询语句手动进行。

第二步：Redo Log Buffer更新：
重做日志（Redo Log）是数据库系统用于持久化事务操作的一种技术。

当事务进行数据更新时，数据库系统会首先将更新操作记录到Redo Log中，以确保即使在系统崩溃时也能够恢复到事务之前的状态。
Redo Log Buffer是一个内存区域，用于暂时存储事务更新操作的日志记录。在事务进行数据更新时，数据库系统会将更新操作记录到Redo Log Buffer中，然后定期将其写入到磁盘的Redo Log文件中。
更新Redo Log Buffer通常是在事务进行提交（Commit）时完成的。

当事务提交时，数据库系统会确保将Redo Log Buffer中的所有日志记录写入到磁盘中，以保证事务的持久性。

在更新Buffer Pool和Redo Log Buffer时，数据库系统通常会采取一些优化措施，例如异步写入、批量提交等，以提高性能和减少IO开销。同时，数据库管理员也可以通过调整参数和配置来优化Buffer Pool和Redo Log Buffer的性能。

step5 写入Redo Log 文件

为了保证事务的持久性，InnoDB在Buffer Pool中记录修改操作的同时，InnoDB会先将更新操作写入Redo Log（重做日志）。

Redo Log是一种物理日志，它记录了事务对数据库的修改操作。

通过Redo Log，即使系统发生故障，也可以通过重做日志来恢复事务修改后的状态。

这一机制保证了事务的可靠性，降低了系统故障带来的风险。

重做日志是保证数据持久性和恢复性的关键，它记录了事务的修改过程，使得事务的修改能够在故障恢复后得到恢复。

step6. 提交事务

当事务完成所有的更新操作后，事务被提交。

在提交事务时，InnoDB会将事务标记为"准备提交"状态。

此时，事务的修改操作仍然在缓冲池中，尚未写入磁盘。

事务提交是事务处理的重要环节，它标志着事务处理完毕，可以进行后续的提交操作。

在提交之前，事务的修改操作需要得到处理，保证数据的完整性和一致性。

step7. 写入BinLog

在事务提交之后，InnoDB会将事务的修改操作写入BinLog（归档日志）。

BinLog是MySQL的二进制日志，用于记录数据库的所有修改操作。

在归档日志中记录的信息包括：事务开始的时间、数据库名、表名、事务ID、SQL语句等。

它可以用于数据恢复、主从复制、数据分析和同步等场景。

归档日志在数据库中起到了关键作用，它记录了数据库的修改过程，使得数据库的修改能够在故障恢复后得到恢复。

step8. 刷新脏页到磁盘

最后，在提交过程完成后，InnoDB会将缓冲池（Buffer Pool）中的脏页刷新到物理磁盘上的数据文件中。

这个过程称为"刷脏"。

通过刷脏操作，将缓冲池中的修改操作同步到磁盘，确保数据的持久性。

然而，这个写入过程并非立即执行，而是由后台线程异步执行的，因此可能会有一定的延迟。

总而言之，MySQL会在适当的时机选择将数据写入磁盘以进行持久化。

典型的MySQL事务

典型的 MySQL 事务通常包括以下步骤：

1. 开始事务：使用 START TRANSACTION 或 BEGIN 命令来开始一个新的事务。这将确保接下来的操作将被视为一个事务单元，并且要么全部成功提交，要么全部失败回滚。
2. 执行SQL操作：在事务中执行各种SQL操作，例如插入、更新或删除数据，查询等。这些操作可能会涉及一个或多个数据库表。
3. 数据处理与验证：在执行SQL操作之前或之后，进行数据处理和验证。这可能包括检查约束条件、验证输入数据的有效性等。
4. 提交或回滚事务：如果所有的数据库操作都成功，并且通过了数据验证步骤，那么事务可以被提交（COMMIT）。这将导致所有的更改永久地应用到数据库中。如果在任何时候出现了错误或者违反了事务的约束条件，那么整个事务将会被回滚（ROLLBACK），所有的更新将被撤销，数据库将恢复到事务开始之前的状态。
5. 结束事务：一旦事务被提交或者回滚，事务就结束了。可以使用 COMMIT 或 ROLLBACK 命令来结束事务。此时数据库会释放任何由事务占用的资源。

以下是一个典型的MySQL事务的示例：

START TRANSACTION;

-- 执行SQL操作
INSERT INTO orders (customer_id, total_amount) VALUES (123, 100);
UPDATE customers SET points = points + 10 WHERE id = 123;

-- 数据处理与验证
IF (SELECT total_amount FROM orders WHERE id = LAST_INSERT_ID()) > 50 THEN
    COMMIT;
ELSE
    ROLLBACK;
END IF;

-- 提交或回滚事务
COMMIT;

在这个示例中，事务首先通过 START TRANSACTION 开始，然后执行一系列SQL操作，包括向 orders 表中插入一条新的订单记录和更新 customers 表中客户的积分。接着进行了数据处理和验证，如果订单的总金额大于50，则提交事务，否则回滚事务。最后使用 COMMIT 命令提交事务。

典型的MySQL事务是如下操作的：

START TRANSACTION;

-- 执行SQL操作

-- 提交
COMMIT;

其中start transaction标识事务开始，commit提交事务，将执行结果写入到数据库。

如果sql语句执行出现问题，会调用rollback，回滚所有已经执行成功的sql语句。

START TRANSACTION;

-- 执行SQL操作

-- 回滚
ROLLBACK;

当然，也可以在事务中直接使用rollback语句进行回滚。

MySQL自动提交

在 MySQL 中，默认情况下是开启了自动提交（Auto-Commit）模式的。