深入理解Mysql事务

在MySQL中,只有InnoDB存储引擎支持事务。众所周知,事务具有四个特征:原子性( Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)和持续性(Durability)。这四个特性简称为ACID特性。

  • 原子性:事务是数据库的逻辑工作单位,事务中包含的各操作要么都做,要么都不做。
  • 一致性:事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。因此当数据库只包含成功事务提交的结果时,就说数据库处于一致性状态。如果数据库系统 运行中发生故障,有些事务尚未完成就被迫中断,这些未完成事务对数据库所做的修改有一部分已写入物理数据库,这时数据库就处于一种不正确的状态,或者说是不一致的状态。
  • 隔离性:一个事务的执行不能其它事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对其它并发事务是隔离的,并发执行的各个事务之间不能互相干扰。
  • 持续性:一个事务一旦提交,它对数据库中的数据的改变就应该是永久性的。接下来的其它操作或故障不应该对其执行结果有任何影响。

Mysql的四种隔离级别

SQL标准定义了4类隔离级别,包括了一些具体规则,用来限定事务内外的哪些改变是可见的,哪些是不可见的。低级别的隔离级一般支持更高的并发处理,并拥有更低的系统开销。

Read Uncommitted(读未提交)

Read Uncommitted(读取未提交内容),在该隔离级别,所有事务都可以看到其他未提交事务的执行结果。本隔离级别很少用于实际应用,因为它的性能也不比其他级别好多少。读取未提交的数据,也被称之为脏读(Dirty Read)。

Read Committed(读已提交)

这是大多数数据库系统的默认隔离级别(但不是MySQL默认的)。它满足了隔离的简单定义:一个事务只能看见已经提交事务所做的改变。这种隔离级别 也支持所谓的不可重复读(Nonrepeatable Read),因为同一事务的其他实例在该实例处理其间可能会有新的commit,所以同一select可能返回不同结果。

Repeatable Read(可重复读)

这是MySQL的默认事务隔离级别,它确保同一事务的多个实例在并发读取数据时,会看到同样的数据行。不过理论上,这会导致另一个棘手的问题:幻读 (Phantom Read)。简单的说,幻读指当用户读取某一范围的数据行时,另一个事务又在该范围内插入了新行,当用户再读取该范围的数据行时,会发现有新的“幻影” 行。InnoDB和Falcon存储引擎通过多版本并发控制(MVCC,Multiversion Concurrency Control)机制解决了该问题。

Serializable(串行化)

这是最高的隔离级别,它通过强制事务排序,使之不可能相互冲突,从而解决幻读问题。简言之,它是在每个读的数据行上加上共享锁。在这个级别,可能导致大量的超时现象和锁竞争。

这四种隔离级别采取不同的锁类型来实现,若读取的是同一个数据的话,就容易发生问题。例如:

  • 脏读(Drity Read):某个事务已更新一份数据,另一个事务在此时读取了同一份数据,由于某些原因,前一个RollBack了操作,则后一个事务所读取的数据就会是不正确的。
  • 不可重复读(Non-repeatable read):在一个事务的两次查询之中数据不一致,这可能是两次查询过程中间插入了一个事务更新的原有的数据。
  • 幻读(Phantom Read):在一个事务的两次查询中数据笔数不一致,例如有一个事务查询了几列(Row)数据,而另一个事务却在此时插入了新的几列数据,先前的事务在接下来的查询中,就有几列数据是未查询出来的,如果此时插入和另外一个事务插入的数据,就会报错。

在MySQL中,实现了这四种隔离级别,分别有可能产生问题如下所示:

隔离级别 脏读 不可重复读 幻读
Read Uncommitted Y Y Y
Read Committed N Y Y
Repeatable Read N N Y
Serializable N N N

redo log

redo log叫做重做日志,是用来实现事务的持久性。该日志文件由两部分组成:重做日志缓冲(redo log buffer)以及重做日志文件(redo log),前者是在内存中,后者在磁盘中。当事务提交之后会把所有修改信息都会存到该日志中。

mysql 为了提升性能不会把每次的修改都实时同步到磁盘,而是会先存到Boffer Pool(缓冲池)里头,把这个当作缓存来用。然后使用后台线程去做缓冲池和磁盘之间的同步

那么问题来了,如果还没来的同步的时候宕机或断电了怎么办?还没来得及执行上面图中红色的操作。这样会导致丢部分已提交事务的修改信息!

所以引入了redo log来记录已成功提交事务的修改信息,并且会把redo log持久化到磁盘,系统重启之后在读取redo log恢复最新数据。

redo log是用来恢复数据的 用于保障,已提交事务的持久化特性

undo log

undo log 叫做回滚日志,用于记录数据被修改前的信息。他正好跟前面所说的重做日志所记录的相反,重做日志记录数据被修改后的信息。undo log主要记录的是数据的逻辑变化,为了在发生错误时回滚之前的操作,需要将之前的操作都记录下来,然后在发生错误时才可以回滚。

undo log 记录事务修改之前版本的数据信息,因此假如由于系统错误或者rollback操作而回滚的话可以根据undo log的信息来进行回滚到没被修改前的状态。

undo log是用来回滚数据的用于保障 未提交事务的原子性

Mysql锁技术

当有多个请求来读取表中的数据时可以不采取任何操作,但是多个请求里有读请求,又有修改请求时必须有一种措施来进行并发控制。不然很有可能会造成不一致。

MySQL锁的粒度

每种MySql引擎都可以实现自己的锁策略和锁粒度,将锁粒度固定在某个级别,可以为某些特定的场景提供更好的性能。

表锁(table lock)

  • 表锁是mysql中最基本的锁略,并且是开销最小的策略。它会锁定整个表,一个用户在对表进行写操作(插入、删除、更新等)前,需要先获得写锁,这会阻塞其他用户对该表的所有读写操作。只有没有写锁时,其他读取的用户才能获得读锁,读锁之间是不相互阻塞的
  • 在特定的场景中,表锁也可能有良好的性能。例如,READ L0CAL 表锁支持某些类型的并发写操作。另外,写锁也比读锁有更高的优先级,因此-一个写锁请求可能会被插入到读锁队列的前面(写锁可以插入到锁队列中读锁的前面,反之读锁则不能插入到写锁的前面
  • 尽管存储引擎可以管理自己的锁,MySQL本身还是会使用各种有效的表锁来实现不同的目的。例如,服务器会为诸如ALTER TABLE 之类的语句使用表锁,而忽略存储引擎的锁机制。

行级锁(row lock)

  • 行级锁可以最大程度地支持并发处理(同时也带来了最大的锁开销)
  • 在InnoDB和XtraDB,以及其他一些存储引擎中实现了行级锁
  • 行级锁只在存储引擎层实现,而MySQL服务器层没有实现。服务器层完全不了解存储引擎中的锁实现

读写锁

解决上述问题很简单,只需用两种锁的组合来对读写请求进行控制即可,这两种锁被称为:

共享锁(shared lock),又叫做”读锁”

读锁是可以共享的,或者说多个读请求可以共享一把锁读数据,不会造成阻塞。

排他锁(exclusive lock),又叫做”写锁”

写锁会排斥其他所有获取锁的请求,一直阻塞,直到写入完成释放锁。

读锁 写锁
读锁 可并行 不可并行
写锁 不可并行 不可并行

通过读写锁,可以做到读读可以并行,但是不能做到写读,写写并行

事务的隔离性就是根据读写锁来实现的。

MVCC

MVCC (MultiVersion Concurrency Control) 叫做多版本并发控制。InnoDB的 MVCC ,是通过在每行记录的后面保存两个隐藏的列来实现的。这两个列, 一个保存了行的创建时间,一个保存了行的过期时间, 当然存储的并不是实际的时间值,而是系统版本号。

MVCC是行级锁的一个变种,但是它在很多情况下避免了加锁操作,因此开销更低。虽然实现机制有所不同,但大都实现了非阻塞的读操作,写操作也只锁定必要的行

MVCC的实现,是通过保存数据在某个时间点的快照来实现的。也就是说,不管需要执行多长时间,每个事务看到的数据都是一致的。根据事务开始的时间不同,每个事务对同张表,同一时刻看到的数据可能是不一样的

InnoDB的MVCC,是通过在每行记录后面保存两个隐藏的列来实现的。这两个列,一个保存了行的创建时间,一个保存行的过期时间(或删除时间)。当然存储的并不是实际的时间值,而是系统版本号。每开始一个新的事务,系统版本号都会自动递增。事务开始时刻的系统版本号会作为事务的版本号,用来和查询到的每行记录的版本号进行比较

MVCC只在可重复读和读提交的隔离级别生效。其它两个级别都不兼容

MVCC在mysql中的实现依赖的是undo log与read view

  • undo log :undo log 中记录某行数据的多个版本的数据。
  • read view :用来判断当前版本数据的可见性

总结

  • 事务的原子性是通过 undo log 来实现的
  • 事务的持久性性是通过 redo log 来实现的
  • 事务的隔离性是通过 (读写锁+MVCC)来实现的
  • 事务的一致性是通过原子性,持久性,隔离性来实现的
有用就打赏一下作者吧!