事务四大特性及其分析

事务四大特性及其分析

1. 事务简介

事务就是由单独单元的一个或多个sql语句组成，在这个单元中，每个sql语句都是相互依赖的。而整个单独单元是作为一个不可分割的整体存在，类似于物理当中的原子（一种不可分割的最小单位）。
也就是事务只存在两种状态：成功，失败状态。
我们的数据都是通过各种不同技术的存储引擎来引导存储的，不同的存储引擎，都有各自的特点。在mysql中，常见的存储引擎有innodb、myisam，memory等。其中InnoDB支持事务(transaction)，而myisam，memory等不支持事务。

2.事务的四大特征

• 原子性（Atomicity）：指事务是一个不可分割的最小工作单位，事务中的操作只有都发生和都不发生两种情况
• 一致性（Consistency）：事务必须使数据库从一个一致状态变换到另外一个一致状态，举一个栗子，李二给王五转账50元，其事务就是让李二账户上减去50元，王五账户上加上50元；一致性是指其他事务看到的情况是要么李二还没有给王五转账的状态，要么王五已经成功接收到李二的50元转账。而对于李二少了50元，王五还没加上50元这个中间状态是不可见的。
• 隔离性（Isolation）：一个事务的执行不能被其他事务干扰，即一个事务内部的操作及使用的数据对并发的其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。
• 持久性（Durability）：一个事务一旦提交成功，它对数据库中数据的改变将是永久性的，接下来的其他操作或故障不应对其有任何影响。

3.事务的分类

事务分为隐式事务和显式事务两种。我们的DML语句（insert、update、delete）就是隐式事务。

隐式事务：该事务没有明显的开启和结束标记，它们都具有自动提交事务的功能；有人会质疑update，不妨思考一下，update语句修改数据时，是不是对表中数据进行改变了，它的本质其实就相当于一个事务。
举一个栗子：张三同学买了一个书《张三是怎么练成的》花了99元，是不是就是update语句对字段name为张三的同学的余额balance进行减99元的处理呢？代码如下：

	update test1 set balance = balance-99 where name like '张三'

显示事务：该事务具有明显的开启和结束标记；也是本文重点要讲的东西。使用显式事务的前提是你得先把自动提交事务的功能给禁用。禁用自动提交功能就是设置autocommit变量值为0（0:禁用 1:开启）

4.事务四大特性分析

4.1原子性

根据其定义，我们知道他只有两种状态成功或失败，不存在中间状态。那他是怎么实现的呢？这就需要引入回滚的概念。

4.1.1 什么是回滚

事务是一组组合成逻辑工作单元的操作，虽然系统中可能会出错，但事务将控制和维护事务中每个操作的一致性和完整性。

4.1.2 回滚的实现

对于使用 InnoDB 存储引擎的数据库表，它的聚簇索引记录中都包含下面两个隐藏列：

• roll_pointer：每次对某条聚簇索引记录进行改动时，都会把旧版本的记录写入到 undo 日志中，然后这个隐藏列是个指针，指向每一个旧版本记录，于是就可以通过它找到修改前的记录。
• trx_id：则是当一个事务对某条聚簇索引记录进行改动时，就会把该事务的事务 id 记录在 trx_id 隐藏列里；
  

4.2 一致性

一致性则是通过持久性+原子性+隔离性来保证；

4.3 隔离性

隔离性是通过 MVCC（多版本并发控制） 或锁机制来保证的。首先我们先学习事务的隔离级别，及其可能出现的问题。下来为了了解其内部具体实现，我们需要引入Read View的学习。

4.3.1 并行事务引发的问题

MySQL 服务端是允许多个客户端连接的，这意味着 MySQL 会出现同时处理多个事务的情况。

那么在同时处理多个事务的时候，就可能出现脏读（dirty read）、不可重复读（non-repeatable read）、幻读（phantom read）的问题。

脏读
如果一个事务「读到」了另一个「未提交事务修改过的数据」，就意味着发生了「脏读」现象。

举例说明：

假设有 A 和 B 这两个事务同时在处理，事务 A 先开始从数据库中读取小林的余额数据，然后再执行更新操作，如果此时事务 A 还没有提交事务，而此时正好事务 B 也从数据库中读取小林的余额数据，那么事务 B 读取到的余额数据是刚才事务 A 更新后的数据，即使没有提交事务。

因为事务 A 是还没提交事务的，也就是它随时可能发生回滚操作，如果在上面这种情况事务 A 发生了回滚，那么事务 B 刚才得到的数据就是过期的数据，这种现象就被称为脏读。

不可重复读
在一个事务内多次读取同一个数据，如果出现前后两次读到的数据不一样的情况，就意味着发生了「不可重复读」现象。

举例说明：

假设有 A 和 B 这两个事务同时在处理，事务 A 先开始从数据库中读取小林的余额数据，然后继续执行代码逻辑处理，在这过程中如果事务 B 更新了这条数据，并提交了事务，那么当事务 A 再次读取该数据时，就会发现前后两次读到的数据是不一致的，这种现象就被称为不可重复读。

幻读
并不是说两次读取获取的结果集不同，幻读侧重的方面是某一次的 select 操作得到的结果所表征的数据状态无法支撑后续的业务操作。更为具体一些：select 某记录是否存在，不存在，准备插入此记录，但执行 insert 时发现此记录已存在，无法插入，此时就发生了幻读。

举例说明：

假设有 A 和 B 这两个事务同时在处理，事务 A 先开始从数据库查询账户余额大于 100 万的记录，发现共有 5 条，然后事务 B 也按相同的搜索条件也是查询出了 5 条记录。

接下来，事务 A 插入了一条余额超过 100 万的账号，并提交了事务，此时数据库超过 100 万余额的账号个数就变为 6。

然后事务 B 再次查询账户余额大于 100 万的记录，此时查询到的记录数量有 6 条，发现和前一次读到的记录数量不一样了，就感觉发生了幻觉一样，这种现象就被称为幻读。

4.3.2 事务的隔离级别

当多个事务并发执行时可能会遇到「脏读、不可重复读、幻读」的现象，这些现象会对事务的一致性产生不同程序的影响。

脏读：读到其他事务未提交的数据；
不可重复读：前后读取的数据不一致；
幻读：前后读取的记录数量不一致。
这三个现象的严重性排序如下：

SQL 标准提出了四种隔离级别来规避这些现象，隔离级别越高，性能效率就越低，这四个隔离级别如下：

• 读未提交（read uncommitted），指一个事务还没提交时，它做的变更就能被其他事务看到；
• 读提交（read committed），指一个事务提交之后，它做的变更才能被其他事务看到；
• 可重复读（repeatable read），指一个事务执行过程中看到的数据，一直跟这个事务启动时看到的数据是一致的，MySQL InnoDB 引擎的默认隔离级别；
• 串行化（serializable ）；会对记录加上读写锁，在多个事务对这条记录进行读写操作时，如果发生了读写冲突的时候，后访问的事务必须等前一个事务执行完成，才能继续执行；
  按隔离水平高低排序如下：

针对不同的隔离级别，并发事务时可能发生的现象也会不同。

也就是说：

• 在「读未提交」隔离级别下，可能发生脏读、不可重复读和幻读现象；
• 在「读提交」隔离级别下，可能发生不可重复读和幻读现象，但是不可能发生脏读现象；
• 在「可重复读」隔离级别下，可能发生幻读现象，但是不可能脏读和不可重复读现象；
• 在「串行化」隔离级别下，脏读、不可重复读和幻读现象都不可能会发生。
  所以，要解决脏读现象，就要升级到「读提交」以上的隔离级别；要解决不可重复读现象，就要升级到「可重复读」的隔离级别，要解决幻读现象不建议将隔离级别升级到「串行化」。

MySQL 在「可重复读」隔离级别下，可以很大程度上避免幻读现象的发生（注意是很大程度避免，并不是彻底避免），所以 MySQL 并不会使用「串行化」隔离级别来避免幻读现象的发生，因为串行化会等待当前事务结束后，才允许下一条事务运行，性能低。

MySQL InnoDB 引擎的默认隔离级别虽然是「可重复读」，但是它很大程度上避免幻读现象（并不是完全解决了），解决的方案有两种：

• 针对快照读（普通 select 语句），是通过 MVCC 方式解决了幻读，因为可重复读隔离级别下，事务执行过程中看到的数据，一直跟这个事务启动时看到的数据是一致的，即使中途有其他事务插入了一条数据，是查询不出来这条数据的，所以就很好了避免幻读问题。
• 针对当前读（select … for update 等语句），是通过 next-key lock（记录锁+间隙锁）方式解决了幻读，因为当执行 select … for update 语句的时候，会加上 next-key lock，如果有其他事务在 next-key lock 锁范围内插入了一条记录，那么这个插入语句就会被阻塞，无法成功插入，所以就很好了避免幻读问题。
  接下来，举个具体的例子来说明这四种隔离级别，有一张账户余额表，里面有一条账户余额为 100 万的记录。然后有两个并发的事务，事务 A 只负责查询余额，事务 B 则会将我的余额改成 200 万，下面是按照时间顺序执行两个事务的行为：

在不同隔离级别下，事务 A 执行过程中查询到的余额可能会不同：

• 在「读未提交」隔离级别下，事务 B 修改余额后，虽然没有提交事务，但是此时的余额已经可以被事务 A 看见了，于是事务 A 中余额 V1 查询的值是 200 万，余额 V2、V3 自然也是 200 万了；
• 在「读提交」隔离级别下，事务 B 修改余额后，因为没有提交事务，所以事务 A 中余额 V1 的值还是 100 万，等事务 B 提交完后，最新的余额数据才能被事务 A 看见，因此额 V2、V3 都是 200 万；
• 在「可重复读」隔离级别下，事务 A 只能看见启动事务时的数据，所以余额 V1、余额 V2 的值都是 100 万，当事务 A 提交事务后，就能看见最新的余额数据了，所以余额 V3 的值是 200 万；
• 在「串行化」隔离级别下，事务 B 在执行将余额 100 万修改为 200 万时，由于此前事务 A 执行了读操作，这样就发生了读写冲突，于是就会被锁住，直到事务 A 提交后，事务 B 才可以继续执行，所以从 A 的角度看，余额 V1、V2 的值是 100 万，余额 V3 的值是 200万。

这四种隔离级别具体是如何实现的呢？

对于「读未提交」隔离级别的事务来说，因为可以读到未提交事务修改的数据，所以直接读取最新的数据就好了；
对于「串行化」隔离级别的事务来说，通过加读写锁的方式来避免并行访问；
对于「读提交」和「可重复读」隔离级别的事务来说，它们是通过 Read View 来实现的，它们的区别在于创建 Read View 的时机不同，大家可以把 Read View 理解成一个数据快照，就像相机拍照那样，定格某一时刻的风景。「读提交」隔离级别是在「每个语句执行前」都会重新生成一个 Read View，而「可重复读」隔离级别是「启动事务时」生成一个 Read View，然后整个事务期间都在用这个 Read View。
注意，执行「开始事务」命令，并不意味着启动了事务。

在 MySQL 有两种开启事务的命令，分别是：
第一种：begin/start transaction 命令；
第二种：start transaction with consistent snapshot 命令；
这两种开启事务的命令，事务的启动时机是不同的：

执行了 begin/start transaction 命令后，并不代表事务启动了。只有在执行这个命令后，执行了增删查改操作的 SQL 语句，才是事务真正启动的时机；
执行了 start transaction with consistent snapshot 命令，就会马上启动事务。

4.3.3 什么是Read View

我们用图的形式来了解：

Read View 有四个重要的字段：

• m_ids ：指的是在创建 Read View 时，当前数据库中「活跃事务」的事务 id 列表，注意是一个列表，“活跃事务”指的就是，启动了但还没提交的事务。
• min_trx_id ：指的是在创建 Read View 时，当前数据库中「活跃事务」中事务 id 最小的事务，也就是 m_ids 的最小值。
• max_trx_id ：这个并不是 m_ids 的最大值，而是创建 Read View 时当前数据库中应该给下一个事务的 id 值，也就是全局事务中最大的事务 id 值 + 1；
• creator_trx_id ：指的是创建该 Read View 的事务的事务 id。

在创建 Read View 后，我们可以将记录中的 trx_id 划分这三种情况：

一个事务去访问记录的时候，除了自己的更新记录总是可见之外，还有这几种情况：

• 如果记录的 trx_id 值小于 Read View 中的 min_trx_id 值，表示这个版本的记录是在创建 Read View 前已经提交的事务生成的，所以该版本的记录对当前事务可见。
• 如果记录的 trx_id 值大于等于 Read View 中的 max_trx_id 值，表示这个版本的记录是在创建 Read View 后才启动的事务生成的，所以该版本的记录对当前事务不可见。
• 如果记录的 trx_id 值在 Read View 的 min_trx_id 和 max_trx_id 之间，需要判断 trx_id 是否在 m_ids 列表中：

如果记录的 trx_id 在 m_ids 列表中，表示生成该版本记录的活跃事务依然活跃着（还没提交事务），所以该版本的记录对当前事务不可见。
如果记录的 trx_id 不在 m_ids列表中，表示生成该版本记录的活跃事务已经被提交，所以该版本的记录对当前事务可见。

4.4 持久性

持久性是通过 redo log （重做日志）来保证的；

																												**日常学习笔记**
																													2023.06.10