MySQL是怎么保障ACID特性的

MySQL（尤其是InnoDB存储引擎）通过多种机制保障事务的ACID特性，以下是其核心实现原理：

一、原子性（Atomicity）

目标：事务中的操作要么全部成功，要么全部回滚。 实现机制：Undo Log（回滚日志）

• 写入时机：事务修改数据前，将旧版本数据记录到Undo Log。
• 作用：
  • 事务回滚时，根据Undo Log逆向恢复数据。
  • 为MVCC提供多版本数据快照（Read View）。
• 存储方式：Undo Log存储在共享表空间（默认）或独立的Undo Tablespaces中。

二、持久性（Durability）

目标：事务提交后，数据永久保存，即使系统崩溃也不丢失。 实现机制：Redo Log（重做日志） + Double Write Buffer（双写缓冲）

1. Redo Log

• 写入时机：事务修改数据时，先写Redo Log，再更新内存中的数据页（Write-Ahead Logging，WAL）。
• 作用：崩溃恢复时，通过Redo Log重放未刷盘的修改。
• 刷盘策略：
  • innodb_flush_log_at_trx_commit=1：每次事务提交时刷盘（严格持久化）。
  • innodb_flush_log_at_trx_commit=0/2：异步刷盘（性能优化，牺牲部分持久性）。

2. Double Write Buffer

• 问题背景：InnoDB页大小（16KB）与文件系统块大小（通常4KB）不匹配，可能导致页写入不完整（部分写失效）。
• 解决方式：
  • 数据页刷盘前，先写入Double Write Buffer（连续内存区域）。
  • 再将Double Write Buffer分两次写入磁盘（每次1MB），确保崩溃后可通过Buffer恢复完整页。

三、隔离性（Isolation）

目标：事务间的操作相互隔离，避免脏读、不可重复读、幻读。 实现机制：MVCC（多版本并发控制） + 锁机制

1. MVCC

• 核心原理：每行数据维护多个版本（通过Undo Log链实现），事务通过Read View判断可见性。
• Read View结构：
  • trx_ids：当前活跃事务ID列表。
  • up_limit_id：最小活跃事务ID。
  • low_limit_id：下一个待分配事务ID。
• 可见性规则：
  • 数据行的事务ID（DB_TRX_ID）需满足：
    • 若DB_TRX_ID < up_limit_id：可见（已提交）。
    • 若DB_TRX_ID ≥ low_limit_id：不可见（未来事务修改）。
    • 若DB_TRX_ID在trx_ids中：不可见（未提交）。

2. 锁机制

• 锁类型：
  • 行级锁：记录锁（Record Lock）、间隙锁（Gap Lock）、临键锁（Next-Key Lock）。
  • 表级锁：意向共享锁（IS）、意向排他锁（IX）。
• 隔离级别与锁的配合：
  • READ COMMITTED：仅加记录锁，允许幻读。
  • REPEATABLE READ（默认）：通过临键锁（Next-Key Lock）锁住记录及间隙，防止幻读。

3. 不同隔离级别的实现差异

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读	实现原理
READ UNCOMMITTED	允许	允许	允许	直接读取最新数据，无MVCC快照。
READ COMMITTED	禁止	允许	允许	每次读生成新Read View，仅看到已提交数据。
REPEATABLE READ	禁止	禁止	禁止	事务首次读生成Read View，后续复用；临键锁防止幻读。
SERIALIZABLE	禁止	禁止	禁止	所有读操作加共享锁，写操作加排他锁，完全串行化。

四、一致性（Consistency）

目标：事务执行后，数据库从一种有效状态转换到另一种有效状态。 实现方式：

1. 原子性、隔离性、持久性的共同保障：通过Undo Log、Redo Log、锁等机制确保数据逻辑正确。
2. 约束检查：
   • 数据库级约束：主键、唯一索引、外键、CHECK约束。
   • 应用级约束：业务逻辑校验（如余额非负）。
3. 日志协调：
   • Binlog（二进制日志）：用于主从复制，通过两阶段提交（2PC）与Redo Log协调，保证主从数据一致。

五、崩溃恢复（Crash Recovery）

流程：

1. Redo Log重放：从最近的Checkpoint开始，重放所有已提交事务的Redo Log。
2. Undo Log回滚：对未提交的事务（事务ID在活跃列表中），通过Undo Log回滚修改。
3. Double Write恢复：若数据页损坏，从Double Write Buffer恢复完整页。

六、总结：ACID实现全景图

ACID特性	核心机制	关键组件
原子性	事务回滚	Undo Log
持久性	崩溃恢复	Redo Log + Double Write Buffer
隔离性	并发控制	MVCC + 锁（临键锁、间隙锁）
一致性	约束与日志协同	应用约束 + Binlog + 两阶段提交

示例场景：转账事务

1. 原子性：
   • 事务开始，记录账户A余额到Undo Log。
   • 扣除账户A余额，记录账户B余额到Undo Log。
   • 若失败，通过Undo Log恢复原余额。
2. 持久性：
   • 修改后的余额写入Redo Log并刷盘。
3. 隔离性：
   • 使用临键锁锁定账户A和B的行，防止其他事务修改。
4. 一致性：
   • 事务提交后，账户A+B的总金额保持不变。

通过上述机制，MySQL在保证高性能的同时，实现了严格的ACID特性，适用于金融、电商等高可靠场景。