24. 事务

事务的基础知识

在MySQL的存储引擎中，只有InnoDB是支持事务的。

事务的基本概念

事务：一组逻辑操作单元，使数据从一种状态变换到另一种状态。

事务处理的原则：保证所有事务都作为一个工作单元来执行，即使出现了故障，都不能改变这种执行方式。当在一个事务中执行多个操作时，要么所有的事务都被提交(commit)，那么这些修改就永久地保存下来；要么数据库管理系统将放弃所作的所有修改，整个事务回滚(rollback)到最初状态。

事务的属性

• 原子性（atomicity）

原子性是指事务是一个不可分割的工作单位，要么全部提交，要么全部失败回滚。

• 一致性（consistency）

一致性是指事务执行前后，数据从一个合法性状态变换到另外一个合法性状态。这种状态是语义上的而不是语法上的，跟具体的业务有关。

• 隔离型（isolation）

事务的隔离性是指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）

持久性是指一个事务一旦被提交，它对数据库中数据的改变就是永久性的，接下来的其他操作和数据库故障不应该对其有任何影响。

持久性是通过事务日志来保证的。日志包括了重做日志和回滚日志。当我们通过事务对数据进行修改的时候，首先会将数据库的变化信息记录到重做日志中，然后再对数据库中对应的行进行修改。这样做的好处是，即使数据库系统崩溃，数据库重启后也能找到没有更新到数据库系统中的重做日志，重新执行，从而使事务具有持久性。

事务的状态

• 活动的（active）

事务对应的数据库操作正在执行过程中时，我们就说该事务处在活动的状态。

• 部分提交的（partially committed）

当事务中的最后一个操作执行完成，但由于操作都在内存中执行，所造成的影响并没有刷新到磁盘时，我们就说该事务处在部分提交的状态。

• 失败的（failed）

当事务处在活动的或者部分提交的状态时，可能遇到了某些错误（数据库自身的错误、操作系统错误或者直接断电等）而无法继续执行，或者人为的停止当前事务的执行，我们就说该事务处在失败的状态。

• 中止的（aborted）

如果事务执行了一部分而变为失败的状态，那么就需要把已经修改的事务中的操作还原到事务执行前的状态。换句话说，就是要撤销失败事务对当前数据库造成的影响。我们把这个撤销的过程称之为回滚。当回滚操作执行完毕时，也就是数据库恢复到了执行事务之前的状态，我们就说该事务处在了中止的状态。

• 提交的（committed）

当一个处在部分提交的状态的事务将修改过的数据都同步到磁盘上之后，我们就可以说该事务处在了提交的状态。

事务的使用

显式事务

START TRANSACTION 或者 BEGIN ，作用是显式开启一个事务。

但 START TRANSACTION 后边能跟随修饰符 ：

• READ ONLY ：标识当前事务是一个 只读事务 ，也就是属于该事务的数据库操作只能读取数据，而不 能修改数据。

只读事务不允许修改那些其他事务也能访问到的表中的数据，但可以对临时表（使用CREATE TMEPORARY TABLE创建）进行增删改操作。

• READ WRITE：标识当前事务是一个读写事务，也就是属于该事务的数据库操作既可以读取数据，也可以修改数据。
• WITH CONSISTENT SNAPSHOT：启动一致性读。

提交事务 或 中止事务（即回滚事务）

COMMIT;
ROLLBACK;
# 将事务回滚到某个保存点,不是事务的结束
ROLLBACK TO [SAVEPOINT];

保存点的创建和删除：

#一个事物中可以存在多个保存点。
SAVEPOINT 保存点名称;
# 删除某个保存点
RELEASE SAVEPOINT 保存点名称;

隐式事务

• 显式需要使用START TRANSACTION或者BEGIN语句开启一个事务。这样在本次事务提交或者回滚前会暂时关闭掉自动提交的功能。
• 把系统变量autocommit的值设置为OFF

SET autocommit = OFF;
#或
SET autocommit = 0;

隐式提交数据的情况：

1. 数据定义语言（Data definition language，缩写为：DDL）
2. 隐式使用或修改mysql数据库中的表
3. 事务控制或关于锁定的语句
   • 当我们在一个事务还没提交或者回滚时就又使用START TRANSACTION或者BEGIN语句开启了另一个事务时，会隐式的提交上一个事务。
   • 当前的autocommit系统变量的值为OFF，我们手动把它调为ON时，也会隐式的提交前边语句所属的事务。
   • 使用LOCK TABLES、UNLOCK TABLES等关于锁定的语句也会隐式的提交前边语句所属的事务。
4. 加载数据的语句
   • 使用 load data 语句批量导入数据
5. 关于MySQL复制的一些语句
   • 使用START SLAVE、STOP SLAVE、RESET SLAVE、CHANGE MASTER TO等

事务隔离级别

数据并发问题

1. 脏写（Dirty Write）

对于两个事务 Session A、Session B，如果事务Session A修改了另一个未提交事务Session B修改过的数据，那就意味着发生了脏写

2. 脏读（Dirty Read）

对于两个事务 Session A、Session B，Session A读取了已经被 Session B更新但还没有被提交的字段。之后若 Session B回滚，Session A读取的内容就是临时且无效的。

3. 不可重复读（Non-Repeatable Read）

对于两个事务Session A、Session B，Session A读取了一个字段，然后 Session B更新了该字段。 之后Session A再次读取同一个字段，值就不同了。那就意味着发生了不可重复读。

4. 幻读（Phantom）

对于两个事务Session A、Session B, Session A 从一个表中读取了一个字段, 然后 Session B 在该表中插入了一些新的行。 之后, 如果 Session A再次读取同一个表, 就会多出几行。那就意味着发生了幻读。

SQL中的四种隔离级别

SQL标准中设立了4个隔离级别：

• READ UNCOMMITTED：读未提交，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。不能避免脏读、不可重复读、幻读。
• READ COMMITTED：读已提交，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。这是大多数数据库系统的默认隔离级别（但不是MySQL默认的）。可以避免脏读，但不可重复读、幻读问题仍然存在。
• REPEATABLE READ：可重复读，事务A在读到一条数据之后，此时事务B对该数据进行了修改并提交，那么事务A再读该数据，读到的还是原来的内容。可以避免脏读、不可重复读，但幻读问题仍然存在。这是MySQL的默认隔离级别。
• SERIALIZABLE：可串行化，确保事务可以从一个表中读取相同的行。在这个事务持续期间，禁止其他事务对该表执行插入、更新和删除操作。所有的并发问题都可以避免，但性能十分低下。能避免脏读、不可重复读和幻读。

查看隔离级别：

SELECT @@transaction_isolation;
#或
#MySQL 5.7.20的版本之前
SHOW VARIABLES LIKE 'tx_isolation';
#MySQL 5.7.20的版本及之后
SHOW VARIABLES LIKE 'transaction_isolation';

设置事务的隔离级别：

SET [GLOBAL|SESSION] TRANSACTION ISOLATION LEVEL 隔离级别;
#其中，隔离级别格式：
> READ UNCOMMITTED
> READ COMMITTED
> REPEATABLE READ
> SERIALIZABLE

SET [GLOBAL|SESSION] TRANSACTION_ISOLATION = '隔离级别';
#其中，隔离级别格式：
> READ-UNCOMMITTED
> READ-COMMITTED
> REPEATABLE-READ
> SERIALIZABLE

数据库规定了多种事务隔离级别，不同隔离级别对应不同的干扰程度，隔离级别越高，数据一致性就越好，但并发性越弱。

事务常见分类

1. 扁平事务
2. 带有保存点的扁平事务
3. 链事务

completion_type参数：

set @@completion_type=1;

• 0，默认情况；当我们执行commit提交事务后，下一个事务需要我们手动开启
• 1；当我们提交事务后自动开启一个相同隔离级别的事务
• 2；commit=commit and release，提交事务后会自动与服务器断开连接

4. 嵌套事务
5. 分布式事务

MySQL事务日志

事务有4种特性：原子性、一致性、隔离性和持久性。

• 事务的隔离性由锁机制实现。
• 而事务的原子性、一致性和持久性由事务的 redo 日志和 undo 日志来保证。
  • REDO LOG 称为重做日志，提供再写入操作，恢复提交事务修改的页操作，用来保证事务的持久性。
  • UNDO LOG 称为回滚日志，回滚行记录到某个特定版本，用来保证事务的原子性、一致性。

redo日志

一方面，缓冲池可以帮助我们消除CPU和磁盘之间的鸿沟，checkpoint机制可以保证数据的最终落盘，然而由于checkpoint并不是每次变更的时候就触发的，而是master线程隔一段时间去处理的。所以最坏的情况就是事务提交后，刚写完缓冲池，数据库宕机了，那么这段数据就是丢失的，无法恢复。

另一方面，事务包含持久性的特性，就是说对于一个已经提交的事务，在事务提交后即使系统发生了崩溃，这个事务对数据库中所做的更改也不能丢失。

只是想让已经提交了的事务对数据库中数据所做的修改永久生效，即使后来系统崩溃，在重启后也能把这种修改恢复出来。但没有必要在每次事务提交时就把该事务在内存中修改过的全部页面刷新到磁盘，只需要把修改的目标记录一下就好。

优点：

• redo日志降低了刷盘频率
• redo日志占用的空间非常小

特点：

• redo日志是顺序写入磁盘的
• 事务执行过程中，redo log不断记录

组成

Redo log可以简单分为以下两个部分：

• 重做日志的缓冲 (redo log buffer) ，保存在内存中，是易失的。
• 重做日志文件 (redo log file) ，保存在硬盘中，是持久的。

redo log buffer 大小默认 16M ，最大值是4096M，最小值为1M。

#查看 redo log buffer 的大小
show variables like '%innodb_log_buffer_size%';

redo的整体流程：

1. 先将原始数据从磁盘中读入内存中来，修改数据的内存拷贝
2. 生成一条重做日志并写入redo log buffer，记录的是数据被修改后的值
3. 当事务commit时，将redo log buffer中的内容刷新到 redo log file，对 redo log file采用追加写的方式
4. 定期将内存中修改的数据刷新到磁盘中

Write-Ahead Log(预先日志持久化)：在持久化一个数据页之前，先将内存中相应的日志页持久化。

刷盘策略

redo log buffer刷盘到redo log file的过程并不是真正的刷到磁盘中去，只是刷入到文件系统缓存（page cache）中去（这是现代操作系统为了提高文件写入效率做的一个优化），真正的写入会交给系统自己来决定（比如page cache足够大了）。那么对于InnoDB来说就存在一个问题，如果交给系统来同步，同样如果系统宕机，那么数据也丢失了（虽然整个系统宕机的概率还是比较小的）。

针对这种情况，InnoDB给出innodb_flush_log_at_trx_commit参数，该参数控制 commit提交事务时，如何将 redo log buffer 中的日志刷新到 redo log file 中。它支持三种策略：

• 设置为0：表示每次事务提交时不进行刷盘操作。（系统默认master thread每隔1s进行一次重做日志的同步）

• 设置为1：表示每次事务提交时都将进行同步，刷盘操作（默认值）

• 设置为2：表示每次事务提交时都只把 redo log buffer 内容写入 page cache，不进行同步。由os自己决定什么时候同步到磁盘文件。

写入 redo log buffer 过程

Mini-Transaction：

一个事务可以包含若干条语句，每一条语句其实是由若干个mtr组成，每一个mtr又可以包含若干条redo日志。

每个mtr都会产生一组redo日志，不同的事务可能是并发执行的，所以T1、T2之间的 mtr 可能是 交替执行 的：

redo log block的结构图

redo log file

相关参数设置

• innodb_log_group_home_dir

指定 redo log 文件组所在的路径，默认值为 ./ ，表示在数据库的数据目录下。MySQL的默认数据目录（ var/lib/mysql ）下默认有两个名为 ib_logfile0 和 ib_logfile1 的文件，log buffer中的日志默认情况下就是刷新到这两个磁盘文件中。此redo日志文件位置还可以修改。

• innodb_log_files_in_group

指明redo log file的个数，命名方式如：ib_logfile0，iblogfile1... iblogfilen。默认2个，最大100个。

#查看文件个数
show variables like 'innodb_log_files_in_group';

• innodb_flush_log_at_trx_commit

控制 redo log 刷新到磁盘的策略，默认为1。

• innodb_log_file_size

单个 redo log 文件设置大小，默认值为 48M 。最大值为512G，注意最大值指的是整个 redo log 系列文件之和，即（innodb_log_files_in_group * innodb_log_file_size ）不能大于最大值512G。

show variables like 'innodb_log_file_size';

根据业务修改其大小，以便容纳较大的事务。编辑my.cnf文件并重启数据库生效：

innodb_log_file_size=200M

日志文件组

总共的redo日志文件大小其实就是：innodb_log_file_size × innodb_log_files_in_group。

采用循环使用的方式向redo日志文件组里写数据的话，会导致后写入的redo日志覆盖掉前边写的redo日志，InnoDB的设计者提出了checkpoint的概念。

如果 write pos 追上 checkpoint ，表示日志文件组满了，这时候不能再写入新的 redo log记录，MySQL 得停下来，清空一些记录，把 checkpoint 推进一下。

Undo日志

redo log是事务持久性的保证，undo log是事务原子性的保证。在事务中更新数据的前置操作其实是要 先写入一个 undo log 。

Undo日志的作用：

1. 回滚数据
2. MVCC

存储结构

InnoDB对undo log的管理采用段的方式，也就是 回滚段（rollback segment） 。每个回滚段记录了1024 个 undo log segment ，而在每个undo log segment段中进行 undo页 的申请。

• 在 InnoDB1.1版本之前 （不包括1.1版本），只有一个rollback segment，因此支持同时在线的事务限制为 1024 。虽然对绝大多数的应用来说都已经够用。
• 从1.1版本开始InnoDB支持最大 128个rollback segment ，故其支持同时在线的事务限制提高到了 128*1024 。

show variables like 'innodb_undo_logs';

回滚段与事务：

1. 每个事务只会使用一个回滚段，一个回滚段在同一时刻可能会服务于多个事务。

2. 当一个事务开始的时候，会制定一个回滚段，在事务进行的过程中，当数据被修改时，原始的数据会被复制到回滚段。

3. 在回滚段中，事务会不断填充盘区，直到事务结束或所有的空间被用完。如果当前的盘区不够用，事务会在段中请求扩展下一个盘区，如果所有已分配的盘区都被用完，事务会覆盖最初的盘区或者在回滚段允许的情况下扩展新的盘区来使用。

4. 回滚段存在于undo表空间中，在数据库中可以存在多个undo表空间，但同一时刻只能使用一个undo表空间。

5. 当事务提交时，InnoDB存储引擎会做以下两件事情：

   • 将undo log放入列表中，以供之后的purge操作
   • 判断undo log所在的页是否可以重用，若可以分配给下个事务使用

回滚段中的数据分类：

• 未提交的回滚数据(uncommitted undo information)
• 已经提交但未过期的回滚数据(committed undo information)
• 事务已经提交并过期的数据(expired undo information)

生命周期

在InnoDB存储引擎中，undo log分为：

• insert undo log
• update undo log

undo log 回滚操作：insert语句回滚就是将记录使用delete删除；update语句回滚就是使用update改回原始值。

undo log的删除：

• 针对于insert undo log

因为insert操作的记录，只对事务本身可见，对其他事务不可见。故该undo log可以在事务提交后直接删除，不需要进行purge操作。

• 针对于update undo log

该undo log可能需要提供MVCC机制，因此不能在事务提交时就进行删除。提交时放入undo log链表，等待purge线程进行最后的删除。

总结：

undo log是逻辑日志，对事务回滚时，只是将数据库逻辑地恢复到原来的样子。

redo log是物理日志，记录的是数据页的物理变化，undo log不是redo log的逆过程。