【MySQL】深入解析事务与MVCC

1、事务四大特性

对于Java开发的小伙伴来说，事务这个词并不陌生，当我们在业务代码中涉及到多个DML（非查询）操作时，一般都会使用事务，目的是防止业务操作中途报错，导致业务执行不完整，数据逻辑不正确，所以事务的作用主要是保证了数据的准确性，对于MySQL事务来说，具备原子性、一致性、隔离性、持久性这四大特性，接下来我们依次讲解。

1.1、原子性

原子性指的是：一个事务中的所有操作，要么全部成功，要么全部失败；这个事务特性是通过undo log日志来实现的。当事务执行过程中某个DML操作发生错误，就可以通过undo log的回滚链进行回滚操作，这样就恢复到事务操作之前的状态了，保证了原子性。

1.2、一致性

一致性指的是：事务执行前后，数据库中的数据是一致的。例如：A用户和B用户各自有1000存款，A向B转500，最终A存款为500，B存款为1500；而不是A存款为500，B存款还是1000，这就叫事务的一致性。事务的其他三个特性最终保证了事物的一致性。

1.3、隔离性

隔离性指的是：数据库中多个事务操作之间不会互相干扰，并发执行的事务之间是隔离的，当多个事务操作同个数据时，事物之间不会造成干扰和影响。对于隔离性是通过MVCC和锁机制来实现的（MVCC后续会详细讲解）。

1.4、持久性

持久性指的是：实务操作提交完成之后，MySQL数据是持久化存储到硬盘中的。

2、并发事务带来问题

当多个客户端连接到MySQL数据库时，大概率也会出现同时开启事务操作的场景，一般称之为并发事务；对于并发事务场景来说，就可能出现脏读、不可重复读、幻读问题，接下来以此解释一下并发事务所带来的这三种情况。

2.1、脏读

脏读指的是：事务A读取到了事务B修改了但未提交的数据。

2.2、不可重复读

不可重复读指的是：事务A读取到了事务B修改了并提交的数据。

2.3、幻读

幻读指的是：事务A前后两次查询的数据条数不一样。

3、事务隔离级别

3.1、读未提交

读未提交指的是：事务A能够读取到事务B修改了但未未提交的数据。跟上面提到的脏读现象是一样的，所以读未提交隔离级别无法避免脏读现象的发生。

3.2、读已提交

读已提交指的是：事务A能读取到事务B修改了并提交的数据。跟上面提到的不可重复读现象是一样的，所以读已提交隔离级别无法避免不可重复读现象的发生，但是可以避免脏读。

3.3、可重复读

可重复读指的是：事务开启后，每次读取的数据都是一致的。这是事务默认的隔离级别。所以可重复读解决了脏读、不可重复读现象，但是不能完全避免幻读现象。

3.4、串行化

串行化指的是：单个事物对数据进行操作时，会上读写锁。这样其他事务需要等待该事务操作完毕释放锁后，才可以进行操作。所以串行化可以解决并发事务带来的所有问题，也就是脏读、不可重复读、幻读都能处理。

4、MVCC

MVCC又称为多版本并发控制，该机制是InnoDB存储引擎特有的，它解决了并发事务场景下的读写性能问题，完全不需要加锁。

只有读已提交、可重复读这两种隔离级别具备MVCC，并且实现的细节也有些许不同，换句话说读已提交、可重复读隔离级别实现是通过MVCC机制来保证的。至于读未提交允许事务A读取事务B未提交的记录，自然就不需要MVCC介入；至于串行化已经通过锁来限制事务的操作是串行的，更不需要MVCC来保障。

MVCC多版本并发控制需要undo log版本链、ReadView、roll_pointer来合作实现，接下来我们依次介绍，深入了解一下MVCC是如何工作的。

4.1、InnoDB隐藏字段

对于InnoDB存储引擎来说，它会为MySQL表中每一行数据都设置默认的字段信息，主要有3个：

• trx_id：当前事务操作id
• row_id：隐式主键，如果某行记录不存在主键字段，就会生成row_id代替
• roll_pointer：回滚指针，用于记录undo log回滚地址

4.2、undo log版本链

undo log记录是用于事务进行回滚操作的，undo log记录通过roll_pointer地址进行连接、回滚，下图中的整个链路就可以理解为undo log版本链，当事务操作需要发生回滚事，就是通过undo log版本链恢复到事务前的状态。

4.3、ReadView

当事务启动后，MVCC会为查询操作生成ReadView（类似当前数据快照），不过在读已提交和可重复读这两种隔离级别，ReadView生成的细节也是不同的（4.5、4.6会详细说说），ReadView组成分为以下四个部分：

• creator_trx_id：创建该ReadView的事务ID
• trx_ids：表示在生成当前ReadView时，系统内活跃未提交的事务ID列表
• min_trx_id：活跃的事务列表中，最小的事务ID
• max_trx_id：表示在生成当前ReadView时，数据库将要给下个事务分配的ID

4.4、MVCC工作流程

上面提到过，MVCC的工作需要undo log版本链、ReadView、roll_pointer来合作实现，接下来我们来看看到底是如何配合完成MVCC。

InnoDB会为每一行记录设置隐藏字段trx_id和roll_pointer，表示当前记录的操作事务id和回滚指针，undo log记录通过roll_pointer进行连接，构成了undo log版本链。那么此时某个事务的查询操作能看到怎样的结果，要符合以下的规则：

• 记录 trx_id < ReadView 中 min_trx_id：表示这个版本记录是在创建 ReadView 前提交的事务生成的，所以该版本记录对当前事务可见
• 记录 trx_id ≥ ReadView 中 max_trx_id：表示这个版本记录是在创建 ReadView 后启动的事务生成的，所以该版本记录对当前事务不可见
• 记录 trx_id 在 max_trx_id 和 min_trx_id 之间：
  • 记录 trx_id 在 m_ids 中，表示生成该版本记录的活跃事务未提交，该版本的记录对当前事务不可见
  • 记录 trx_id 不在 m_ids 中，表示生成该版本记录的活跃事务已提交，该版本的记录对当前事务可见

4.5、可重复读 MVCC 实现

对于可重复读来说，事务首次select操作前会生成一个ReadView，整个事务操作阶段范围内都会使用这个ReadView。

假设现在数据库中有一行记录如下：

此时开启事务A和事务B，分别如下：

此时可以看到，由于记录的事务id为1，不论是事务A还是事务B的事务id都是 > 记录的trx_id，所以事务A和事务B都能够读取到这行数据。假设此时事务A将本行记录进行了修改，记录如下：

此时事务B再次读取记录信息时，就会发现这条记录的事务id为2，在事务B的ReadView的trx_ids中，说明该记录是活跃的未提交的，那么本次改动对于事务B来说就是不可见的，所以还要顺着undo log版本链找到下一条记录，发现trx_id为1，说明是可见的。

所以可重复读隔离级别通过MVCC解决了不可重复读问题：事务B读取不到事务A修改并提交的数据。

4.6、读已提交 MVCC 实现

对于读已提交来说，事务每次select操作前会生成一个ReadView，后续每次的查询操作都使用最新的ReadView。

针对于4.5章节提到那个情况，事务A将数据进行了修改，如下：

由于读已提交导致事务B每次读数据都会重创建新的ReadView，如下：

此时可以发现事务A修改提交后的记录trx_id < 事务B的新ReadView的min_trx_id，所以对于事务B来说就可以看见事务A修改并提交的数据，由于每次查询操作都会创建最新的ReadView，在事务操作期间其他事务提交记录也能够读取到。