漫談MySql中的事務

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 最近一直在做訂單類的項目，使用了事務。我們的資料庫選用的是MySql，儲存引擎選用innoDB，innoDB對事務有著良好的支援。這篇文章我們一起來扒一扒事務相關的知識。

為什麼要有事務？

        事務廣泛的運用於訂單系統、銀行系統等多種情境。如果有以下一個情境：A使用者和B使用者是銀行的儲戶。現在A要給B轉賬500元。那麼需要做以下幾件事：

            1. 檢查A的賬戶餘額>500元；

            2. A賬戶扣除500元；

            3. B賬戶增加500元；

        正常的流程走下來，A賬戶扣了500，B賬戶加了500，皆大歡喜。那如果A賬戶扣了錢之後，系統出故障了呢？A白白損失了500，而B也沒有收到本該屬於他的500。以上的案例中，隱藏著一個前提條件：A扣錢和B加錢，要麼同時成功，要麼同時失敗。事務的需求就在於此。

事務是什嗎？

        與其給事務定義，不如說一說事務的特性。眾所周知，事務需要滿足ACID四個特性。

            1. A(atomicity) 原子性。一個事務的執行被視為一個不可分割的最小單元。事務裡面的操作，要麼全部成功執行，要麼全部失敗復原，不可以只執行其中的一部分。

            2. C(consistency) 一致性。一個事務的執行不應該破壞資料庫的完整性條件約束。如果上述例子中第2個操作執行後系統崩潰，保證A和B的金錢總計是不會變的。

            3. I(isolation) 隔離性。通常來說，事務之間的行為不應該互相影響。然而實際情況中，事務相互影響的程度受到隔離等級的影響。文章後面會詳述。

            4. D(durability) 持久性。事務提交之後，需要將提交的事務持久化到磁碟。即使系統崩潰，提交的資料也不應該丟失。

事務的四種隔離等級

        前文中提到，事務的隔離性受到隔離等級的影響。那麼事務的隔離等級是什麼呢？事務的隔離等級可以認為是事務的"自私"程度，它定義了事務之間的可見度。隔離等級分為以下幾種：

          1.READ UNCOMMITTED(未提交讀)。在RU的隔離等級下，事務A對資料做的修改，即使沒有提交，對於事務B來說也是可見的，這種問題叫髒讀。這是隔離程度較低的一種隔離等級，在實際運用中會引起很多問題，因此一般不常用。

          2.READ COMMITTED(提交讀)。在RC的隔離等級下，不會出現髒讀的問題。事務A對資料做的修改，提交之後會對事務B可見，舉例，事務B開啟時讀到資料1，接下來事務A開啟，把這個資料改成2，提交，B再次讀取這個資料，會讀到最新的資料2。在RC的隔離等級下，會出現不可重複讀取的問題。這個隔離等級是許多資料庫的預設隔離等級。

          3.REPEATABLE READ(可重複讀)。在RR的隔離等級下，不會出現不可重複讀取的問題。事務A對資料做的修改，提交之後，對於先於事務A開啟的事務是不可見的。舉例，事務B開啟時讀到資料1，接下來事務A開啟，把這個資料改成2，提交，B再次讀取這個資料，仍然只能讀到1。在RR的隔離等級下，會出現幻讀的問題。幻讀的意思是，當某個事務在讀取某個範圍內的值的時候，另外一個事務在這個範圍插入入了新記錄，那麼之前的事務再次讀取這個範圍的值，會讀取到新插入的資料。Mysql預設的隔離等級是RR，然而mysql的innoDB引擎間隙鎖成功解決了幻讀的問題。

          4.SERIALIZABLE(可序列化)。可序列化是最高的隔離等級。這種隔離等級強制要求所有事物串列執行，在這種隔離等級下，讀取的每行資料都加鎖，會導致大量的鎖徵用問題，效能最差。

       為了協助理解四種隔離等級，這裡舉個例子。1，事務A和事務B先後開啟，並對資料1進行多次更新。四個小人在不同的時刻開啟事務，可能看到資料1的哪些值呢？

           

                                                            圖1

        第一個小人，可能讀到1-20之間的任何一個。因為未提交讀的隔離等級下，其他事務對資料的修改也是對當前事務可見的。第二個小人可能讀到1，10和20，他只能讀到其他事務已經提交了的資料。第三個小人讀到的資料去決於自身事務開啟的時間點。在事務開啟時，讀到的是多少，那麼在事務提交之前讀到的值就是多少。第四個小人，只有在A end 到B start之間開啟，才有可能讀到資料，而在事務A和事務B執行的期間是讀不到資料的。因為第四小人讀資料是需要加鎖的，事務A和B執行期間，會佔用資料的寫鎖，導致第四個小人等待鎖。

        圖2羅列了不同隔離等級所面對的問題。

        

                                                       圖2

        很顯然，隔離等級越高，它所帶來的資源消耗也就越大(鎖)，因此它的並發效能越低。準確的說，在可序列化的隔離等級下，是沒有並發的。

                

                                                         圖3

MySql中的事務

        事務的實現是基於資料庫的儲存引擎。不同的儲存引擎對事務的支援程度不一樣。mysql中支援事務的儲存引擎有innoDB和NDB。innoDB是mysql預設的儲存引擎，預設的隔離等級是RR，並且在RR的隔離等級下更進一步，通過多版本並發控制（MVCC，Multiversion Concurrency Control ）解決不可重複讀取問題，加上間隙鎖（也就是並發控制）解決幻讀問題。因此innoDB的RR隔離等級其實實現了序列化層級的效果，而且保留了比較好的並發效能。

       事務的隔離性是通過鎖實現，而事務的原子性、一致性和持久性則是通過交易記錄實現。說到交易記錄，不得不說的就是redo和undo。

     1.redo log

       在innoDB的儲存引擎中，交易記錄通過重做(redo)日誌和innoDB儲存引擎的日誌緩衝(InnoDB Log Buffer)實現。事務開啟時，事務中的操作，都會先寫入儲存引擎的日誌緩衝中，在事務提交之前，這些緩衝的日誌都需要提前重新整理到磁碟上持久化，這就是DBA們口中常說的“日誌先行”(Write-Ahead Logging)。當事務提交之後，在Buffer Pool中映射的資料檔案才會慢慢重新整理到磁碟。此時如果資料庫崩潰或者宕機，那麼當系統重啟進行恢複時，就可以根據redo log中記錄的日誌，把資料庫恢複到崩潰前的一個狀態。未完成的事務，可以繼續提交，也可以選擇復原，這基於恢複的策略而定。

        在系統啟動的時候，就已經為redo log分配了一塊連續的儲存空間,以順序追加的方式記錄Redo Log,通過順序IO來改善效能。所有的事務共用redo log的儲存空間，它們的Redo Log按語句的執行順序，依次交替的記錄在一起。如下一個簡單樣本：

        記錄1：<trx1, insert...>

        記錄2：<trx2, delete...>

        記錄3：<trx3, update...>

        記錄4：<trx1, update...>

        記錄5：<trx3, insert...>

      2.undo log

        undo log主要為事務的復原服務。在事務執行的過程中，除了記錄redo log，還會記錄一定量的undo log。undo log記錄了資料在每個操作前的狀態，如果事務執行過程中需要復原，就可以根據undo log進行復原操作。單個事務的復原，只會復原當前事務做的操作，並不會影響到其他的事務做的操作。

        以下是undo+redo事務的簡化過程

        假設有2個數值，分別為A和B,值為1，2

        1. start transaction;

        2. 記錄 A=1 到undo log;

        3. update A = 3；

        4. 記錄 A=3 到redo log；

        5. 記錄 B=2 到undo log；

        6. update B = 4；

        7. 記錄B = 4 到redo log；

        8. 將redo log重新整理到磁碟

        9. commit

        在1-8的任意一步系統宕機，事務未提交，該事務就不會對磁碟上的資料做任何影響。如果在8-9之間宕機，恢複之後可以選擇復原，也可以選擇繼續完成事務提交，因為此時redo log已經持久化。若在9之後系統宕機，記憶體映射中變更的資料還來不及刷回磁碟，那麼系統復原之後，可以根據redo log把資料刷回磁碟。

        所以，redo log其實保障的是事務的持久性和一致性，而undo log則保障了事務的原子性。

分散式交易

        分散式交易的實現方式有很多，既可以採用innoDB提供的原生的事務支援，也可以採用訊息佇列來實現分散式交易的最終一致性。這裡我們主要聊一下innoDB對分散式交易的支援。

        

        ，mysql的分散式交易模型。模型中分三塊：應用程式（AP）、資源管理員（RM）、交易管理員（TM）。

        應用程式定義了事務的邊界，指定需要做哪些事務；

        資源管理員提供了訪問事務的方法，通常一個資料庫就是一個資源管理員；

        交易管理員協調參與了全域事務中的各個事務。

        分散式交易採用兩段式提交（two-phase commit）的方式。第一階段所有的事務節點開始準備，告訴交易管理員ready。第二階段交易管理員告訴每個節點是commit還是rollback。如果有一個節點失敗，就需要全域的節點全部rollback，以此保障事務的原子性。

總結

        什麼時候需要使用事務呢？我想，只要業務中需要滿足ACID的情境，都需要事務的支援。尤其在訂單系統、銀行系統中，事務是不可或缺的。這篇文章主要介紹了事務的特性，以及mysql innoDB對事務的支援。事務相關的知識遠不止文中所說，本文僅作拋磚引玉，不足之處還望讀者多多見諒。

 

參考文獻：

　《高效能mysql第三版》

　《mysql技術內幕 innoDB儲存引擎》

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