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MySQL进阶—事务篇💛

小龙coding大约 13 分钟

MySQL (3)

1、事务四大特性？MySQL的事务原理？

简述事务：一系列操作组成，要么全部成功，要么全部失败

详细描述：

事务是由一个有限的数据库操作序列构成。数据库事务通常包含了一组对数据库的读和写操作。这组操作要么全部执行，要么全部不执行，是一个不可分割的工作单位。

数据库事务的主要目的是为了保证数据库操作的一致性。即使在并发操作或系统故障的情况下，事务也能保证数据库的一致性。

事务ACID特性

数据库事务必须满足所谓的ACID属性，即：

  1. 原子性（Atomicity）：事务作为一个整体被执行，包含在其中的对数据库的操作要么全部执行，要么全部不执行。
  2. 一致性（Consistency）：事务应确保数据库的状态从一个一致状态转变为另一个一致状态。一致状态的意思是数据库中的数据满足预定的规则和约束。(事务修改前后的数据总体保证一致 转账)
  3. 隔离性（Isolation）：多个事务并发执行时，一个事务的执行不应影响其他事务的执行。(事务的结果只有提交了其他事务才可见)
  4. 持久性（Durability）：已被提交的事务对数据库的修改应该是永久的，即使在系统故障的情况下也能保持。

事务的并发问题：

  1. 脏读：读到未提交的数据
  2. 不可重复读：一个事务下，两次读取数据不一致（侧重内容数据的修改）
  3. 幻读：事务A 按照一定条件进行数据读取， 期间事务B 插入了相同搜索条件的新数据，事务A再次按照原先条件进行读取时，发现了事务B 新插入的数据 称为幻读（侧重新增或删除，插入数据读到多了一行）

隔离级别原理及解决问题分析：

  1. 读未提交：原理：直接读取数据，不能解决任何并发问题
  2. 读已提交：读操作不加锁，写操作加排他锁，解决了脏读。原理：利用MVCC实现，每一句语句执行前都会生成Read View（一致性视图）
  3. 可重复读：MVCC实现，只有事务开始时会创建Read View，之后事务里的其他查询都用这个Read View。解决了脏读、不可重复读，快照读（普通查询，读取历史数据）使用MVCC解决了幻读，当前读（读取最新提交数据）通过间隙锁解决幻读（lock in share mode、for update、update、detete、insert），间隙锁在可重复读下才生效。（默认隔离级别）
  4. 可串行化：原理：使用锁，读加共享锁，写加排他锁，串行执行

总结**：读已提交和可重复读实现原理就是 MVCC Read View不同的生成时机。可重复读只在事务开始时生成一个Read View，之后都用的这个；读已提交每次执行前都会生成Read View**

2.详细说说ACID 底层实现原理？

简述版本：

原子性：undolog（记录事务开始前的老版本数据，可以保证原子操作，回滚，实现MVCC版本链）

隔离性：MVCC

持久性：redo log（记录事务开启后对数据的修改，可用于crash-safe）

详细描述：

ACID是数据库事务正确性的四大特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）：

  1. 原子性（Atomicity）：原子性是指事务包含的所有操作要么全部成功，要么全部失败回滚，这和操作系统的原子操作类似。这个原理通常通过数据库的 undo 日志来实现。当数据库系统出现故障时，会利用这些 undo 日志将数据库恢复到事务开始前的状态，以此来保证原子性。
  2. 一致性（Consistency）：一致性是指事务必须使数据库从一个状态变换到另一个状态。在事务开始和结束时，数据库都必须处于一致性状态。这个原理主要依赖于数据库系统的约束机制（如主键约束、外键约束、唯一约束等）以及应用程序来保证。
  3. 隔离性（Isolation）：隔离性是当多个用户并发访问数据库时，数据库为每一个用户开启的事务，不能被其他事务的操作数据所干扰，多个并发事务之间要相互隔离。这个原理主要通过数据库的锁机制和多版本并发控制（MVCC）来实现。
  4. 持久性（Durability）：持久性是指一旦事务提交，则其所做的修改将永久保存到数据库中。即使系统发生崩溃，修改的数据也不会丢失。这个原理主要通过数据库的redo日志来实现。当系统发生故障时，会利用redo日志重做事务，以此来保证持久性。

3.MySQL隔离级别有哪些？并发时可能存在哪些问题？

MySQL支持以下四种事务隔离级别：

  1. 读未提交（Read Uncommitted）：最低的隔离级别，允许读取尚未提交的数据变更，可能导致脏读、幻读或不可重复读。
  2. 读已提交（Read Committed）：大多数数据库系统的默认隔离级别（但不包括MySQL和PostgreSQL）。只能读取已经提交的数据。可以防止脏读，但幻读和不可重复读仍可能发生。
  3. 可重复读（Repeatable Read）：MySQL的默认隔离级别。在同一事务内的查询都会基于一个快照，保证在同一事务内多次读取同样记录的结果是一致的。但是理论上，该级别仍然无法防止幻读，尽管在InnoDB存储引擎中已经做了处理，实际上可以防止幻读。
  4. 串行化（Serializable）：最高的隔离级别，完全服从ACID的隔离级别。所有的事务将依次逐个执行，该级别可以防止脏读、不可重复读以及幻读。但是这将严重影响性能，一般不会在实际应用中使用。

4.不可重复读和幻读区别？

在MySQL的InnoDB存储引擎中，"不可重复读"和"幻读"的概念与标准的ACID定义有所不同，主要体现在InnoDB的MVCC（多版本并发控制）机制上。

  1. 不可重复读（Non-repeatable read）：在MySQL的InnoDB引擎中，不可重复读是指在一个事务内，多次读取同一数据，在事务未提交前，由于其他事务的修改导致后续读取的数据与前面读取的数据不一致。这种现象主要是由于其他事务对数据的修改（update或delete）造成的。InnoDB通过MVCC来解决这个问题，只要将事务隔离级别设置为REPEATABLE READ（可重复读，这也是InnoDB的默认隔离级别），就可以避免不可重复读的问题。
  2. 幻读（Phantom read）：幻读是指在一个事务内，执行两次相同的查询，由于其他事务的插入操作，第二次查询结果包含了第一次查询中未出现的新行。这种现象主要是由于其他事务的插入操作造成的。具体什么是幻读？RR隔离级别幻读是否解决？怎么解决幻读？可见下方详述～

不过总的来说，不可重复读关注的是修改操作，而幻读关注的是插入操作。在InnoDB中，通过MVCC和不同的事务隔离级别，可以有效地控制这两种现象。

5.什么是幻读？RR隔离级别幻读解决了吗？怎么解决幻读？

幻读：是指在一个事务内读取到了别的事务插入的数据，导致前后读取的数据不一致。例如，你在一个事务中先后两次执行了相同的查询语句，第一次查询返回了5条记录，但第二次查询却返回了6条记录，这就是幻读。

在标准的 SQL 隔离级别定义中，可重复读隔离级别并不能解决幻读问题。因为标准定义下的重复读隔离级别，虽然可以防止同一条记录被其他事务修改，但无法防止其他事务插入新的满足查询条件的记录，因此可能出现幻读。只有在串行化（Serializable）隔离级别下，才能完全防止幻读。

但在 MySQL 的 InnoDB 存储引擎中，可重复读（Repeatable Read）隔离级别实际上已经解决了幻读的问题。

  1. 对于读操作，由于使用了一致性读（consistent read）和多版本并发控制（MVCC），可以保证在同一事务中多次读取同样记录的结果是一致的，避免了不可重复读和幻读的问题。
  2. 对于写操作，InnoDB 使用了 next-key locking 机制，这种机制会锁定记录行以及索引记录的“间隙”，防止其他事务在这些“间隙”中插入新的记录，从而避免了幻读。

但是，虽然在可重复读隔离级别下，InnoDB 可以有效地防止幻读，但如果事务在读取数据后又进行了写操作（例如，先SELECT，然后UPDATE），可能会出现因为并发操作而导致的数据不一致问题。这种情况下，可能需要使用更高的隔离级别（如串行化）或者显式地使用锁（如SELECT FOR UPDATE）来确保数据的一致性。

6.MySQL 是如何避免事务并发问题的？

7.靠缓存可以提高事务隔离级别的性能吗？

MySQL中的缓存机制可以提高数据库的整体性能，但并不能直接提高事务的隔离级别性能。

事务的隔离级别主要是用来解决"脏读"、"不可重复读"、"幻读"等并发问题的，它们主要通过锁机制和多版本并发控制（MVCC）等技术来实现，与缓存机制没有直接关系。

然而，MySQL的缓存机制，如查询缓存、InnoDB缓冲池等，可以显著提高数据库的读写性能。查询缓存可以缓存SELECT查询的结果，当相同的查询再次出现时，可以直接从缓存中获取结果，而不需要再次执行查询。InnoDB缓冲池可以缓存数据页和索引页，减少了对磁盘的IO操作，从而提高了数据库的性能。

所以，虽然缓存机制不能直接提高事务的隔离级别性能，但它可以提高数据库的整体性能，间接地提高了事务的处理效率。

7.MySQL 事务隔离是如何实现的？

MySQL主要通过以下几种方式来避免事务并发问题：

  1. 锁机制：MySQL支持多种锁定级别，包括行级锁（InnoDB引擎）和表级锁（MyISAM引擎）。锁机制可以防止多个事务同时修改同一条数据，从而避免并发问题。
  2. MVCC（多版本并发控制）：在InnoDB引擎中，通过MVCC机制可以使不同的事务看到不同版本的数据，从而实现非锁定并发控制。这种方式可以在一定程度上解决"脏读"、"不可重复读"和"幻读"等并发问题。
  3. 事务隔离级别：MySQL支持四种事务隔离级别：读未提交（READ UNCOMMITTED）、读已提交（READ COMMITTED）、可重复读（REPEATABLE READ）和串行化（SERIALIZABLE）。不同的隔离级别对并发问题的控制力度不同，用户可以根据实际需求选择合适的隔离级别。
  4. 死锁检测：当多个事务试图以不同的顺序锁定资源时，可能会出现死锁。MySQL的InnoDB存储引擎提供了死锁检测机制，当检测到死锁时，会主动回滚其中一个事务，以解决死锁问题。

8.详细讲解 MVCC 底层实现原理？（重点）

原理提炼总结：使用版本链+Read View

详细分析：

  • InnoDB 数据表每行数据记录会有几个隐藏字段：row_id，事务ID，回滚指针。
  • InnoDB 采用主键索引（聚簇索引），会利用主键维护索引，若表没有主键，就用第一个非空唯一索引，若没有唯一索引，则用row_id这个隐藏字段作为主键索引。
  • 事务开启会向系统申请一个事务ID，严格递增，会向行记录插入最近操作它的那个事务的ID
  • undo log 会记录事务前老版本数据，然后行记录中回滚指针会指向老版本位置，如此形成一条版本链。因此可以利用undo log实现回滚，保证原子性，同时用于实现 MVCC 版本链（同一行数据可能有多个版本）。

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可重复读与读已提交下区别：

  1. 读已提交隔离级别下，会在每次查询都生成一个 Read View；
  2. 可重读读只在事务开始时生成一个Read View，以后每次查询都用这个Read View，以此实现不同隔离界别。

Read View里面包含些什么？（一致性视图）

一个数组 + up_limit_id(低水位) + low_limit_id(高水位)（这里的up，low没写错，就是这么定义的）

1、数组里包含事务启动时当前活跃事务ID(未提交事务)，低水位就是活跃事务最小ID，高水位就是下一次将分配的事务ID，也就是目前最大事务ID+1。

数据可见性规则是怎样实现的？

数据版本的可见性规则，就是 基于数据的row trx_id 和这个 **一致性视图（Read View）**的对比结果得到的。视图数组把所有的 row trx_id 分成了几种不同的情况（如图）

img

​ 图4 数据版本可见性规则

读取原理：

某事务T 要访问数据 A，先获取该数据 A 中的事务 Id (获取最近操作它的事务的事务ID)，对比该事务T启动时刻生成的 Readview：

1、如果在 readview 的左边(比readview都小)，表示这个事务可以访问这数据（在左边意味着该事务已经提交)

2、如果在 readview 的右边(比readview都大），表示这个版本是由将来启动的事务生成的，是肯定不可见的；

3、如果当前事务在未提交事务集合中：

a、若 row trx_id在数组中，表示这个版本是由还没提交的事务生成的，不可见；

b. 若 row trx_id不在数组中，表示这个版本是已经提交了的事务生成的，可见。

若不可以访问，获取 上述roll_pointer，通过版本链取上一版本，根据数据历史版本事务ID再重新与视图数组对比。

这样执行下来，虽然期间这一行数据被修改过，但是事务A不论在什么时候查询，看到这行 数据的结果都是一致的，所以我们称之为一致性读。