MySQL 事务知识点大全【ACID、隔离级别、MVCC、锁应用】

一、事务核心原理：ACID实现机制

1. 原子性（Atomicity）

• 实现机制：Undo Log（回滚日志）
• 原理：
  • 每个写操作前先在Undo Log中记录数据旧版本
  • 事务失败时执行ROLLBACK，通过Undo Log恢复数据
• 源码关键点（storage/innobase/trx/trx0undo.cc）：

  // 写入undo记录
  trx_undo_report_row_operation(/*...*/) {
    // 将旧值写入undo log buffer
    trx_undo_page_report_modify(/*...*/);
    // 构建回滚指针链
    row_upd_index_entry_set_roll_ptr(/*...*/);
  }
  

2. 持久性（Durability）

• 实现机制：Redo Log + Doublewrite Buffer
• 原理：
  • 事务提交前先写Redo Log（顺序写高性能）
  • Doublewrite Buffer防止页断裂（partial page write）
• 刷盘流程（源码 storage/innobase/log/log0write.cc）：

  log_write_up_to(lsn_t lsn) {
    // 1. 将log buffer写入OS cache
    write_to_log_file(log.buffer);
    // 2. 触发fsync()刷盘（innodb_flush_log_at_trx_commit=1时）
    fil_flush_file_sync(log.file);
  }
  

3. 隔离性（Isolation）

• 实现机制：MVCC + 锁系统
  • MVCC：通过ReadView实现快照读
  • 锁系统：行锁（Record Lock）、间隙锁（Gap Lock）、Next-Key Lock
• 源码关键结构（storage/innobase/include/read0types.h）：

  struct ReadView {
    ids_t m_ids;        // 活跃事务ID列表
    trx_id_t m_low_limit_id; // 高水位线（大于此值的事务不可见）
    // 判断事务是否可见
    bool changes_visible(trx_id_t id) const {
      return id < m_up_limit_id || 
             (id >= m_low_limit_id ? false : !m_ids.contains(id));
    }
  };
  

4. 一致性（Consistency）

• 实现机制：由原子性、隔离性、持久性共同保证
• 额外机制：InnoDB的doublewrite（storage/innobase/dblwr/dblwr0.cc）防止页断裂

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二、事务隔离级别与问题复现

事务提交和崩溃恢复流程示意图

示例表结构：

CREATE TABLE users (
  id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(20),
  balance DECIMAL(10,2)
) ENGINE=InnoDB;

1. 脏读（Read Uncommitted）

-- Session A
SET tx_isolation = 'READ-UNCOMMITTED';
START TRANSACTION;
UPDATE users SET balance = balance + 100 WHERE id = 1; -- 未提交

-- Session B（读到未提交数据）
SET tx_isolation = 'READ-UNCOMMITTED';
SELECT balance FROM users WHERE id = 1; -- 看到+100后的结果

2. 不可重复读（Read Committed）

-- Session A
START TRANSACTION;
SELECT balance FROM users WHERE id = 1; -- 值=100

-- Session B
UPDATE users SET balance = 200 WHERE id = 1;
COMMIT;

-- Session A再次读取（值变为200）
SELECT balance FROM users WHERE id = 1; 

3. 幻读（Repeatable Read解决方案）

-- Session A
START TRANSACTION;
SELECT * FROM users WHERE id > 10; -- 返回2条记录

-- Session B
INSERT INTO users VALUES (15, 'new', 500); -- 成功插入
COMMIT;

-- Session A（RR级别下看不到新记录）
SELECT * FROM users WHERE id > 10; -- 仍返回2条

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三、MVCC实现深度解析

MVCC 原理示意图

1. 隐藏字段

每行记录包含：

• DB_TRX_ID：最后修改的事务ID（6字节）
• DB_ROLL_PTR：回滚指针（7字节），指向Undo Log

2. ReadView生成时机

• RC：每次SELECT生成新ReadView
• RR：第一次SELECT生成ReadView，后续复用

3. 数据可见性判断流程

def row_is_visible(row, read_view):
    if row.trx_id < read_view.up_limit_id:
        return True  # 事务已提交
    elif row.trx_id >= read_view.low_limit_id:
        return False # 事务未开始或修改后
    else:
        return row.trx_id not in read_view.active_ids  # 是否在活跃事务中

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四、锁机制源码解析

1. 行锁结构（storage/innobase/include/lock0lock.h）

struct lock_rec_t {
  space_id_t space;      // 表空间ID
  page_no_t page_no;     // 页号
  uint32_t n_bits;       // 锁位图大小
  byte* bits;            // 锁位图（标记被锁记录）
};

2. Next-Key Lock加锁流程

// storage/innobase/lock/lock0lock.cc
lock_rec_lock(...) {
  // 1. 检查是否已有兼容锁
  if (lock_rec_has_expl(/*...*/)) return;
  
  // 2. 创建锁对象
  lock_t* lock = lock_rec_create(/*...*/);
  
  // 3. 设置锁类型（LOCK_X | LOCK_GAP等）
  lock_rec_set_nth_bit(lock, heap_no);
}

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五、事务提交过程源码级分析

// storage/innobase/trx/trx0trx.cc
trx_commit(trx_t* trx) {
  // 1. 生成Redo Log
  trx_write_serialisation_history(trx);
  
  // 2. 刷Redo Log（关键持久化点）
  log_buffer_flush_to_disk();
  
  // 3. 释放锁
  lock_release(trx);
  
  // 4. 清理Undo Log（后台purge线程）
  trx_purge_add_undo_to_history(trx);
}

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六、实战建议

1. 长事务风险：

   • Undo Log堆积 → 回滚段膨胀
   • 解决方案：监控 information_schema.innodb_trx，设置 innodb_max_undo_log_size

2. 死锁处理：

   SHOW ENGINE INNODB STATUS; -- 查看最新死锁信息
   SET GLOBAL innodb_print_all_deadlocks = 1; -- 记录所有死锁到错误日志
   

3. 性能优化：

   • 避免 SELECT ... FOR UPDATE 全表扫描（升级为表锁）
   • 二级索引访问时，主键索引仍会加锁

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通过以上解析可见，MySQL事务实现是日志系统（Redo/Undo）、锁系统、MVCC三者的精密协作。理解其底层机制对处理高并发事务、数据一致性保障及性能调优至关重要。