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引言
照例，我們先來一個場景~
面試官:"知道事務的四大特性麼?"
你:"懂，ACID嘛，原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔離性(Isolation)、持久性(Durability)！"
面試官：“你們是用mysql數據庫吧，能簡單說說innodb中怎麼實現這四大特性的麼？”
你:"我只知道隔離性是怎麼做的balabala~~"
面試官:"還是回去等通知吧~"
OK，回到正題。說到事務的四大特性原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability），懂的人很多。但是稍微涉及細節一點，這四大特性在數據庫中的實現原理是怎麼樣的？那就沒有幾個人能夠答得上來了。因此，我們這篇文章著重討論一下四大特性在Mysql中的實現原理。
正文
我們以從A賬戶轉賬50元到B賬戶為例進行說明一下ACID，四大特性。
原子性
根據定義，原子性是指一個事務是一個不可分割的工作單位，其中的操作要麼都做，要麼都不做。即要麼轉賬成功，要麼轉賬失敗，是不存在中間的狀態！
如果無法保證原子性會怎麼樣？
OK，就會出現數據不一致的情形，A賬戶減去50元，而B賬戶增加50元操作失敗。系統將無故丟失50元~
隔離性
根據定義，隔離性是指多個事務併發執行的時候，事務內部的操作與其他事務是隔離的，併發執行的各個事務之間不能互相干擾。
如果無法保證隔離性會怎麼樣？
OK，假設A賬戶有200元，B賬戶0元。A賬戶往B賬戶轉賬兩次，金額為50元，分別在兩個事務中執行。如果無法保證隔離性，會出現下面的情形
如圖所示，如果不保證隔離性，A扣款兩次，而B只加款一次，憑空消失了50元，依然出現了數據不一致的情形！
持久性
根據定義，持久性是指事務一旦提交，它對數據庫的改變就應該是永久性的。接下來的其他操作或故障不應該對其有任何影響。
如果無法保證持久性會怎麼樣？
在Mysql中，為了解決CPU和磁盤速度不一致問題，Mysql是將磁盤上的數據加載到內存，對內存進行操作，然後再回寫磁盤。好，假設此時宕機了，在內存中修改的數據全部丟失了，持久性就無法保證。
設想一下，系統提示你轉賬成功。但是你發現金額沒有發生任何改變，此時數據出現了不合法的數據狀態，我們將這種狀態認為是數據不一致的情形。
一致性
根據定義，一致性是指事務執行前後，數據處於一種合法的狀態，這種狀態是語義上的而不是語法上的。
那什麼是合法的數據狀態呢？
oK，這個狀態是滿足預定的約束就叫做合法的狀態，再通俗一點，這狀態是由你自己來定義的。滿足這個狀態，數據就是一致的，不滿足這個狀態，數據就是不一致的！
如果無法保證一致性會怎麼樣？
例一:A賬戶有200元，轉賬300元出去，此時A賬戶餘額為-100元。你自然就發現了此時數據是不一致的，為什麼呢？因為你定義了一個狀態，餘額這列必須大於0。
例二:A賬戶200元，轉賬50元給B賬戶，A賬戶的錢扣了，但是B賬戶因為各種意外，餘額並沒有增加。你也知道此時數據是不一致的，為什麼呢？因為你定義了一個狀態，要求A+B的餘額必須不變。
實戰解答
問題一：Mysql怎麼保證一致性的？
OK，這個問題分為兩個層面來說。
從數據庫層面，數據庫通過原子性、隔離性、持久性來保證一致性。也就是說ACID四大特性之中，C(一致性)是目的，A(原子性)、I(隔離性)、D(持久性)是手段，是為了保證一致性，數據庫提供的手段。數據庫必須要實現AID三大特性，才有可能實現一致性。例如，原子性無法保證，顯然一致性也無法保證。
但是，如果你在事務裡故意寫出違反約束的代碼，一致性還是無法保證的。例如，你在轉賬的例子中，你的代碼裡故意不給B賬戶加錢，那一致性還是無法保證。因此，還必須從應用層角度考慮。
從應用層面，通過代碼判斷數據庫數據是否有效，然後決定回滾還是提交數據！
問題二: Mysql怎麼保證原子性的？
OK，是利用Innodb的undo log。
undo log名為回滾日誌，是實現原子性的關鍵，當事務回滾時能夠撤銷所有已經成功執行的sql語句，他需要記錄你要回滾的相應日誌信息。
例如
- (1)當你delete一條數據的時候，就需要記錄這條數據的信息，回滾的時候，insert這條舊數據(2)當你update一條數據的時候，就需要記錄之前的舊值，回滾的時候，根據舊值執行update操作(3)當年insert一條數據的時候，就需要這條記錄的主鍵，回滾的時候，根據主鍵執行delete操作
undo log記錄了這些回滾需要的信息，當事務執行失敗或調用了rollback，導致事務需要回滾，便可以利用undo log中的信息將數據回滾到修改之前的樣子。
ps:具體的undo log日誌長啥樣，這個可以寫一篇文章了。而且寫出來，看的人也不多，姑且先這麼簡單的理解吧。
問題三: Mysql怎麼保證持久性的？
OK，是利用Innodb的redo log。
正如之前說的，Mysql是先把磁盤上的數據加載到內存中，在內存中對數據進行修改，再刷回磁盤上。如果此時突然宕機，內存中的數據就會丟失。
怎麼解決這個問題？
簡單啊，事務提交前直接把數據寫入磁盤就行啊。
這麼做有什麼問題？
- 只修改一個頁面裡的一個字節，就要將整個頁面刷入磁盤，太浪費資源了。畢竟一個頁面16kb大小，你只改其中一點點東西，就要將16kb的內容刷入磁盤，聽著也不合理。畢竟一個事務裡的SQL可能牽涉到多個數據頁的修改，而這些數據頁可能不是相鄰的，也就是屬於隨機IO。顯然操作隨機IO，速度會比較慢。
於是，決定採用redo log解決上面的問題。當做數據修改的時候，不僅在內存中操作，還會在redo log中記錄這次操作。當事務提交的時候，會將redo log日誌進行刷盤(redo log一部分在內存中，一部分在磁盤上)。當數據庫宕機重啟的時候，會將redo log中的內容恢復到數據庫中，再根據undo log和binlog內容決定回滾數據還是提交數據。
採用redo log的好處？
其實好處就是將redo log進行刷盤比對數據頁刷盤效率高，具體表現如下
- redo log體積小，畢竟只記錄了哪一頁修改了啥，因此體積小，刷盤快。redo log是一直往末尾進行追加，屬於順序IO。效率顯然比隨機IO來的快。
問題四: Mysql怎麼保證隔離性的？
OK,利用的是鎖和MVCC機制。還是拿轉賬例子來說明，有一個賬戶表如下
表名t_balance
其中id是主鍵，user_id為賬戶名，balance為餘額。還是以轉賬兩次為例，如下圖所示
至於MVCC,即多版本併發控制(Multi Version Concurrency Control),一個行記錄數據有多個版本對快照數據，這些快照數據在undo log中。
如果一個事務讀取的行正在做DELELE或者UPDATE操作，讀取操作不會等行上的鎖釋放，而是讀取該行的快照版本。
由於MVCC機制在可重複讀(Repeateable Read)和讀已提交(Read Commited)的MVCC表現形式不同，就不贅述了。
但是有一點說明一下，在事務隔離級別為讀已提交(Read Commited)時，一個事務能夠讀到另一個事務已經提交的數據，是不滿足隔離性的。但是當事務隔離級別為可重複讀(Repeateable Read)中，是滿足隔離性的。
總結
本文講了Mysql中事務ACID四大特性的實現原理，希望大家有所收穫。
來源：公眾號【孤獨煙】 作者：孤獨煙
