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本文目錄
本文導(dǎo)讀
一、什么是Redo Log、什么是Undo Log
二、MySQL實(shí)現(xiàn)ACID的原理
1、原子性(Atomicity)
1.1、MySQL事務(wù)原子性的特性
1.2、事務(wù)原子性實(shí)現(xiàn)原理（Undo log）
2、一致性(Consistency)
2.1、MySQL事務(wù)一致性的特點(diǎn)
2.2、一致性(Consistency)的實(shí)現(xiàn)原理
3、隔離性（Isolation）
3.1、MySQL事務(wù)隔離性的特點(diǎn)
3.2、MySQL事務(wù)隔離性的實(shí)現(xiàn)原理（鎖、MVCC）
3.2.1、MySQL事務(wù)隔離性-鎖機(jī)制
3.2.2、MySQL事務(wù)隔離性-MVCC
3.3、MySQL鎖辨析
4、持久性(Durability)
4.1、MySQL事務(wù)持久性的特點(diǎn)
4.2、持久性的實(shí)現(xiàn)原理
4.3、Redo log為什么比直接修改Buffer Pool快
總結(jié)
本文導(dǎo)讀
本文是《MVCC詳解與MVCC實(shí)現(xiàn)原理》、《MySQL事務(wù)隔離機(jī)制與實(shí)現(xiàn)原理詳解》的后續(xù)內(nèi)容補(bǔ)充，如果不了解MySQL事務(wù)隔離機(jī)制、MVCC實(shí)現(xiàn)原理請(qǐng)先學(xué)習(xí)上述兩篇文章。
一、什么是Redo Log、什么是Undo Log
MySQL InnoDB提供了兩種類(lèi)型的事務(wù)日志，Redo Log(重做日志)和undo Log(回滾日志)。Redo Log會(huì)保存操作的正向日志，Undo Log則相反。
舉個(gè)例子，新增一條數(shù)據(jù)時(shí)，Undo Log會(huì)新增一條insert SQL，而Undo Log則是生成一條delete where id =id 的SQL 日志，而修改時(shí)，Redo Log記錄update SQL ，而Undo Log 則是修改內(nèi)容和條件相反。
簡(jiǎn)單理解為 Redo Log 是保存要去做的事情，Undo Log就是用來(lái)保存撤回之前完成的事情。
二、MySQL實(shí)現(xiàn)ACID的原理
1、原子性(Atomicity)
1.1、MySQL事務(wù)原子性的特性
事務(wù)是作為一個(gè)整體執(zhí)行的，其中包含的數(shù)據(jù)庫(kù)的所有SQL語(yǔ)句要么執(zhí)行，要么不執(zhí)行。
如果對(duì)于一個(gè)事務(wù)來(lái)說(shuō)其中的SQL語(yǔ)句執(zhí)行失敗，則已經(jīng)執(zhí)行的語(yǔ)句也必須回滾，數(shù)據(jù)庫(kù)退回到事務(wù)之前的狀態(tài)。
1.2、事務(wù)原子性實(shí)現(xiàn)原理（Undo log）
實(shí)現(xiàn)原子性的關(guān)鍵是當(dāng)事務(wù)回滾時(shí)能夠撤銷(xiāo)所有已經(jīng)成功執(zhí)行的SQL語(yǔ)句。
當(dāng)事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修改時(shí)，InnoDB會(huì)生成對(duì)應(yīng)的 Undo log；如果事務(wù)執(zhí)行失敗或調(diào)用了 rollback，導(dǎo)致事務(wù)需要回滾，便可以利用 Undo log 中的信息將數(shù)據(jù)回滾到修改之前的樣子。
Undo log 屬于邏輯日志，它記錄的是SQL執(zhí)行相關(guān)的信息。當(dāng)發(fā)生回滾時(shí)，InnoDB 會(huì)根據(jù) Undo log 的內(nèi)容做與之前相反的工作：
對(duì)于每個(gè) insert，回滾時(shí)會(huì)執(zhí)行 delete；
對(duì)于每個(gè) delete，回滾時(shí)會(huì)執(zhí)行insert；
對(duì)于每個(gè) update，回滾時(shí)會(huì)執(zhí)行一個(gè)相反的 update，把數(shù)據(jù)改回去。
以u(píng)pdate操作為例：當(dāng)事務(wù)執(zhí)行update時(shí)，其生成的Undo log中會(huì)包含被修改行的主鍵(以便知道修改了哪些行)、修改了哪些列、這些列在修改前后的值等信息，回滾時(shí)便可以使用這些信息將數(shù)據(jù)還原到update之前的狀態(tài)。
Undo log (回滾日志)是采用段(segment)的方式來(lái)記錄的，每個(gè)Undo操作在記錄的時(shí)候占用一個(gè)Undo log segment。
在數(shù)據(jù)更改操作時(shí)，記錄了相對(duì)應(yīng)的Undo log的目的在于：
1、記錄事務(wù)發(fā)生之前的一個(gè)版本，用于回滾；
2、通過(guò)mvcc + Undo log實(shí)現(xiàn)Innodb事務(wù)可重復(fù)讀和讀已提交隔離級(jí)別。
2、一致性(Consistency)
2.1、MySQL事務(wù)一致性的特點(diǎn)
一致性是指事務(wù)執(zhí)行結(jié)束后，數(shù)據(jù)的完整性不能被破壞，業(yè)務(wù)的一致性不能被破壞，事務(wù)執(zhí)行的前后都是合法的數(shù)據(jù)狀態(tài)。
可以說(shuō)，一致性是事務(wù)追求的最終目標(biāo)，原子性、持久性和隔離性，如果這些特性無(wú)法保證，事務(wù)的一致性也無(wú)法保證。此外除了數(shù)據(jù)庫(kù)底層的保障，一致性的實(shí)現(xiàn)也需要應(yīng)用層的保障。
數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性包括但是不限于：
實(shí)體完整性（如行的主鍵存在且唯一）、列完整性（如字段的類(lèi)型，大小，長(zhǎng)度符合要求），、外鍵約束（外鍵約束還存在）
業(yè)務(wù)的一致性（如轉(zhuǎn)賬前后，不管事務(wù)成功還是失敗，兩個(gè)賬戶(hù)的和應(yīng)該是不變的）
事務(wù)的一致性決定了一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，因?yàn)槭聞?wù)可以有不同程度的一致性：
1、強(qiáng)一致性：無(wú)論更新操作實(shí)在哪一個(gè)數(shù)據(jù)副本執(zhí)行，之后所有的讀操作都能獲得最新的數(shù)據(jù)。
2、弱一致性：提交的更新操作，不一定立即會(huì)被讀操作讀到，需要一段時(shí)間，此種情況會(huì)存在一個(gè)不一致窗口。?
3、最終一致性：事務(wù)更新一份數(shù)據(jù)，最終一致性保證在沒(méi)有其他事務(wù)更新同樣的值的話，最終所有的事務(wù)都會(huì)讀到之前事務(wù)更新的最新值。如果沒(méi)有錯(cuò)誤發(fā)生，不一致窗口的大小依賴(lài)于：通信延遲，系統(tǒng)負(fù)載等。
2.2、一致性(Consistency)的實(shí)現(xiàn)原理
一致性是通過(guò)事務(wù)的原子性、持久性和隔離性來(lái)保證的，所以對(duì)于原子性、持久性、隔離性的實(shí)現(xiàn)原理會(huì)著重講解
3、隔離性（Isolation）
3.1、MySQL事務(wù)隔離性的特點(diǎn)
并發(fā)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，一個(gè)事務(wù)不被其他事務(wù)所干擾，或者說(shuō)隔離性是事務(wù)所操作的數(shù)據(jù)在提交之前，對(duì)其他事務(wù)的可見(jiàn)程度。
在SQL 92標(biāo)準(zhǔn)定義了四個(gè)事務(wù)隔離級(jí)別：
讀未提交（RU，Read Uncommitted）：允許事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中，讀取其他事務(wù)尚未提交的數(shù)據(jù)；?
讀已提交（RC，Read Committed）：一個(gè)事務(wù)提交之后，它做的變更才會(huì)被其他事務(wù)看到
可重復(fù)讀（RR，Repeatable Read）：在同一個(gè)事務(wù)內(nèi)，任意時(shí)刻的查詢(xún)結(jié)果都是一致的，無(wú)論是否有其他事務(wù)對(duì)這份數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以及這個(gè)事務(wù)是否提交。（InnoDB默認(rèn)級(jí)別）
串行化讀（serializable ）：所有事務(wù)逐個(gè)依次執(zhí)行，每次讀都需要獲取表級(jí)共享鎖，讀寫(xiě)會(huì)相互阻塞。
并發(fā)并發(fā)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)可能發(fā)生的問(wèn)題：
臟讀：臟讀是指在一個(gè)事務(wù)處理過(guò)程里讀取了另一個(gè)未提交的事務(wù)中的數(shù)據(jù)。
不可重復(fù)讀：不可重復(fù)讀是指在對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的某個(gè)數(shù)據(jù)，一個(gè)事務(wù)范圍內(nèi)多次查詢(xún)卻返回了不同的數(shù)據(jù)值，這是由于在查詢(xún)間隔，被另一個(gè)事務(wù)修改并提交了。
幻讀：幻讀是指當(dāng)事務(wù)不是獨(dú)立執(zhí)行時(shí)發(fā)生的一種現(xiàn)象，比如事務(wù)1對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)做了從“1”修改為“2”的操作，事務(wù)2又插入了一行數(shù)據(jù)項(xiàng)，而這個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)值還是為“1”，操作事務(wù)1的用戶(hù)如果查看剛剛修改的數(shù)據(jù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)還有一行沒(méi)有修改。
不可重復(fù)讀和臟讀的區(qū)別是，臟讀是某一事務(wù)讀取了另一個(gè)事務(wù)未提交的臟數(shù)據(jù)，而不可重復(fù)讀則是讀取了前一事務(wù)提交的數(shù)據(jù)。
幻讀和不可重復(fù)讀的區(qū)別是，幻讀和不可重復(fù)讀都是讀取了另一條已經(jīng)提交的事務(wù)（這點(diǎn)就臟讀不同），所不同的是不可重復(fù)讀查詢(xún)的都是同一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，而幻讀針對(duì)的是一批數(shù)據(jù)整體（比如數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)）。不可重復(fù)度則針對(duì)UPDATE，幻讀通常針對(duì)的是INSERT。
3.2、MySQL事務(wù)隔離性的實(shí)現(xiàn)原理（鎖、MVCC）
主要是運(yùn)用了鎖機(jī)制和操作日志和隱藏?cái)?shù)據(jù)列（mvcc）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
3.2.1、MySQL事務(wù)隔離性-鎖機(jī)制
MySQL鎖機(jī)制的基本工作原理就是：事務(wù)在修改數(shù)據(jù)庫(kù)之前，需要先獲得相應(yīng)的鎖，獲得鎖的事務(wù)才可以修改數(shù)據(jù)；在該事務(wù)操作期間，這部分的數(shù)據(jù)是鎖定，其他事務(wù)如果需要修改數(shù)據(jù)，需要等待當(dāng)前事務(wù)提交或回滾后釋放鎖。
在MySQL事務(wù)中，鎖的實(shí)現(xiàn)與隔離級(jí)別有關(guān)。
在RR（Repeatable Read）隔離級(jí)別下，MySQL使用間隙鎖（間隙鎖是innodb中行鎖的一種，使用間隙鎖鎖住的是一個(gè)區(qū)間，而不僅僅是這個(gè)區(qū)間中的每一條數(shù)據(jù)）來(lái)防止以并行性為代價(jià)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，以解決幻讀的問(wèn)題。
排它鎖解決臟讀
共享鎖解決不可重復(fù)讀
3.2.2、MySQL事務(wù)隔離性-MVCC
MVCC是通過(guò)在每行記錄后面保存三個(gè)隱藏的列來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)保存了行的事務(wù)ID（每次提交事務(wù)，事務(wù)ID會(huì)自增），一個(gè)保存了行的回滾段指針
事務(wù)開(kāi)始時(shí)刻會(huì)把該事務(wù)ID放到當(dāng)前事務(wù)影響的行事務(wù)ID字段中，而 DB_ROLL_PTR 指向該行回滾段的指針，該行記錄上的所有版本數(shù)據(jù)，都在undo log回滾日志中通過(guò)鏈表形式組織，所以該值實(shí)際指向undo log中該行的歷史記錄鏈表。
在可重復(fù)讀（RR） 的隔離級(jí)別下，MVCC具體操作：
SELECT操作：InnoDB遵循以下兩個(gè)規(guī)則：只查找數(shù)據(jù)行的事務(wù)ID小于或等于當(dāng)前事務(wù)ID的版本，這樣可以確保事務(wù)讀取的行，要么是在事務(wù)開(kāi)始前已經(jīng)存在的，要么是事務(wù)自身插入或者修改過(guò)的記錄。行的刪除版本要未被定義，讀取到事務(wù)開(kāi)始之前狀態(tài)的版本，這可以確保事務(wù)讀取到的行，在事務(wù)開(kāi)始之前未被刪除。只有同時(shí)滿(mǎn)足的兩者的記錄，才能返回作為查詢(xún)結(jié)果。
INSERT：InnoDB為新插入的每一行保存當(dāng)前事務(wù)編號(hào)作為行版本號(hào)。
DELETE：InnoDB為刪除的每一行保存當(dāng)前事務(wù)編號(hào)作為行刪除標(biāo)識(shí)。
UPDATE：InnoDB為插入一行新記錄，保存當(dāng)前事務(wù)編號(hào)作為行版本號(hào)，同時(shí)保存當(dāng)前事務(wù)編號(hào)到原來(lái)的行作為行刪除標(biāo)識(shí)。
在并發(fā)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，對(duì)正在事務(wù)中的數(shù)據(jù)做MVCC多版本的管理，以避免寫(xiě)操作阻塞讀操作，并且可以通過(guò)比較版本解決幻讀。
MVCC只在 可重復(fù)度（RR） 和 讀已提交（RC） 兩個(gè)隔離級(jí)別下才會(huì)工作，其中，MVCC實(shí)質(zhì)就是通過(guò)保存數(shù)據(jù)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的快照來(lái)實(shí)現(xiàn)的。?
在RC（Read Commited ）的隔離級(jí)別下，每次快照讀取都會(huì)生成并獲得最新的 readview。在RR（Repeatable Read）隔離級(jí)別，只有讀取同一事務(wù)的第一個(gè)快照才能創(chuàng)建 readview。每個(gè)后續(xù)快照讀取都使用相同的 readview，因此每個(gè)查詢(xún)結(jié)果都相同。
快照讀：不加鎖的 select 操作就是快照讀，即無(wú)鎖的非阻塞讀?。?/p>
當(dāng)前讀：select lock in share mode (共享鎖), select for update; update; insert; delete (排他鎖)這些操作都是一種當(dāng)前讀。讀取最新版本的記錄，讀取時(shí)，它還確保其他并發(fā)事務(wù)無(wú)法修改當(dāng)前記錄，并鎖定讀取的記錄。
3.3、MySQL鎖辨析
InnoDB 實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的行級(jí)鎖，包括兩種：共享鎖（簡(jiǎn)稱(chēng) s 鎖）、排它鎖（簡(jiǎn)稱(chēng) x 鎖）。
行鎖的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于索引，一旦某個(gè)加鎖操作沒(méi)有使用到索引，那么該鎖就會(huì)退化為表鎖。
記錄鎖存在于包括主鍵索引在內(nèi)的唯一索引中，鎖定單條索引記錄，記錄鎖也是排它(X)鎖，所以會(huì)阻塞其他事務(wù)對(duì)其插入、更新、刪除。記錄鎖是鎖住記錄，鎖住索引記錄，而不是真正的數(shù)據(jù)記錄。
間隙鎖存在于非唯一索引中，鎖定開(kāi)區(qū)間范圍內(nèi)的一段間隔，它是基于臨鍵鎖實(shí)現(xiàn)的。
臨鍵鎖（Next-Key Locks?是記錄鎖和間隙鎖的組合）于非唯一索引中，該類(lèi)型的每條記錄的索引上都存在這種鎖，它是一種特殊的間隙鎖，鎖一段左開(kāi)右閉的索引區(qū)間。
4、持久性(Durability)
4.1、MySQL事務(wù)持久性的特點(diǎn)
持久性是指一個(gè)事務(wù)一旦被提交了，那么對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的改變就是永久性的，即便是在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)遇到故障的情況下也不會(huì)丟失提交事務(wù)的操作。
4.2、持久性的實(shí)現(xiàn)原理
持久性的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于Redo Log日志，在執(zhí)行SQL時(shí)會(huì)保存已執(zhí)行的SQL語(yǔ)句到一個(gè)指定的Log文件，當(dāng)執(zhí)行recovery時(shí)重新執(zhí)行Redo Log記錄的SQL操作。
當(dāng)向數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，執(zhí)行過(guò)程會(huì)首先寫(xiě)入Buffer Pool，Buffer Pool中修改的數(shù)據(jù)會(huì)定期刷新到磁盤(pán)中（這一過(guò)程叫做刷盤(pán)），這整一過(guò)程稱(chēng)為Redo Log。
Redo Log 分為：1、Buffer Pool內(nèi)存中的日志緩沖(Redo Log buffer)，該部分日志是易失性的；2、磁盤(pán)上的重做日志文件(Redo Log file)，該部分日志是持久的。
Buffer Pool的使用可以大大提高了讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的效率，但是也帶了新的問(wèn)題：如果MySQL宕機(jī)，而此時(shí)Buffer Pool中修改的數(shù)據(jù)在內(nèi)存還沒(méi)有刷新到磁盤(pán)，就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，事務(wù)的持久性無(wú)法保證。
為了確保事務(wù)的持久性，Redo Log被引入來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：當(dāng)數(shù)據(jù)修改時(shí)，除了修改Buffer Pool中的數(shù)據(jù)，還會(huì)在Redo Log記錄這次操作；
當(dāng)事務(wù)提交時(shí)，會(huì)調(diào)用fsync接口對(duì)Redo Log進(jìn)行刷盤(pán)。
如果MySQL宕機(jī)，重啟時(shí)可以讀取Redo Log中的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行恢復(fù)。Redo Log采用的是WAL（Write-ahead Logging，預(yù)寫(xiě)式日志），所有修改先寫(xiě)入日志，再更新到Buffer Pool，保證了數(shù)據(jù)不會(huì)因MySQL宕機(jī)而丟失，從而滿(mǎn)足了持久性要求。
4.3、Redo log為什么比直接修改Buffer Pool快
既然Redo Log也需要在事務(wù)提交時(shí)將日志寫(xiě)入磁盤(pán)，為什么它比直接將Buffer Pool中修改的數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)(即刷臟)要快呢？
1、刷臟是隨機(jī)IO，因?yàn)槊看涡薷牡臄?shù)據(jù)位置隨機(jī)，但寫(xiě)Redo Log是追加操作，屬于順序IO。
2、刷臟是以數(shù)據(jù)頁(yè)（Page）為單位的，MySQL默認(rèn)頁(yè)大小是16KB，一個(gè)Page上一個(gè)小修改都要整頁(yè)寫(xiě)入；而Redo Log中只包含真正需要寫(xiě)入的部分，無(wú)效IO大大減少。
4.4、RedoLog與BinLog辨析
在MySQL中還存在BinLog(二進(jìn)制日志)也可以記錄寫(xiě)操作并用于數(shù)據(jù)的恢復(fù)，但二者是有著根本的不同的：
作用不同：Redo Log是用于crash recovery的，保證MySQL宕機(jī)也不會(huì)影響持久性；BinLog是用于point-in-time recovery的，保證服務(wù)器可以基于時(shí)間點(diǎn)恢復(fù)數(shù)據(jù)，此外BinLog還用于主從復(fù)制
層次不同：Redo Log是InnoDB存儲(chǔ)引擎實(shí)現(xiàn)的，而B(niǎo)inLog是MySQL的服務(wù)器層(可以參考文章前面對(duì)MySQL邏輯架構(gòu)的介紹)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)支持InnoDB和其他存儲(chǔ)引擎
內(nèi)容不同：Redo Log是物理日志，內(nèi)容基于磁盤(pán)的Page；BinLog的內(nèi)容是二進(jìn)制的，根據(jù)BinLog_format參數(shù)的不同，可能基于sql語(yǔ)句、基于數(shù)據(jù)本身或者二者的混合
寫(xiě)入時(shí)機(jī)不同：BinLog在事務(wù)提交時(shí)寫(xiě)入，Redo Log的寫(xiě)入時(shí)機(jī)相對(duì)多元
總結(jié)
1、原子性是通過(guò)MySQL的Undo Log來(lái)實(shí)現(xiàn)的：當(dāng)事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修改時(shí)，InnoDB會(huì)生成對(duì)應(yīng)的undo log；如果事務(wù)執(zhí)行失敗或調(diào)用了rollback，導(dǎo)致事務(wù)需要回滾，便可以利用undo log中的信息將數(shù)據(jù)回滾到修改之前的樣子。
2、MySQL會(huì)通過(guò)mvcc + Undo Log實(shí)現(xiàn)Innodb事務(wù)可重復(fù)讀和讀已提交隔離級(jí)別。
3、Innodb事務(wù)的隔離級(jí)別是由鎖機(jī)制和MVVC(多版本并發(fā)控制)實(shí)現(xiàn)的
4、在執(zhí)行SQL時(shí)會(huì)保存已執(zhí)行的SQL語(yǔ)句到一個(gè)指定的Log文件，當(dāng)執(zhí)行recovery時(shí)重新執(zhí)行Redo Log記錄的SQL操作。文章來(lái)源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-714189.html
5、一致性是通過(guò)原子性、持久性和隔離性來(lái)保證的文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-714189.html
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