引言

照例，我們先來(lái)一個(gè)場(chǎng)景~

面試官:"知道事務(wù)的四大特性么?"
你:"懂，ACID嘛，原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔離性(Isolation)、持久性(Durability)！"
面試官:"你們是用mysql數(shù)據(jù)庫(kù)吧，能簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)innodb中怎么實(shí)現(xiàn)這四大特性的么？“
你:"我只知道隔離性是怎么做的balabala~~"
面試官:"還是回去等通知吧~"

OK，回到正題。說(shuō)到事務(wù)的四大特性原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability），懂的人很多。但是稍微涉及細(xì)節(jié)一點(diǎn)，這四大特性在數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)現(xiàn)原理是怎么樣的？那就沒(méi)有幾個(gè)人能夠答得上來(lái)了。因此，我們這篇文章著重討論一下四大特性在Mysql中的實(shí)現(xiàn)原理。

正文

我們以從A賬戶轉(zhuǎn)賬50元到B賬戶為例進(jìn)行說(shuō)明一下ACID，四大特性。

原子性

根據(jù)定義，原子性是指一個(gè)事務(wù)是一個(gè)不可分割的工作單位，其中的操作要么都做，要么都不做。即要么轉(zhuǎn)賬成功，要么轉(zhuǎn)賬失敗，是不存在中間的狀態(tài)！

如果無(wú)法保證原子性會(huì)怎么樣？

OK，就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的情形，A賬戶減去50元，而B賬戶增加50元操作失敗。系統(tǒng)將無(wú)故丟失50元~

隔離性

根據(jù)定義，隔離性是指多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行的時(shí)候，事務(wù)內(nèi)部的操作與其他事務(wù)是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個(gè)事務(wù)之間不能互相干擾。

如果無(wú)法保證隔離性會(huì)怎么樣？

OK，假設(shè)A賬戶有200元，B賬戶0元。A賬戶往B賬戶轉(zhuǎn)賬兩次，金額為50元，分別在兩個(gè)事務(wù)中執(zhí)行。如果無(wú)法保證隔離性，會(huì)出現(xiàn)下面的情形

如圖所示，如果不保證隔離性，A扣款兩次，而B只加款一次，憑空消失了50元，依然出現(xiàn)了數(shù)據(jù)不一致的情形！

ps:可能有細(xì)心的讀者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，mysql中是依靠鎖來(lái)解決隔離性問(wèn)題。嗯，我們后面來(lái)說(shuō)明。

持久性

根據(jù)定義，持久性是指事務(wù)一旦提交，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的改變就應(yīng)該是永久性的。接下來(lái)的其他操作或故障不應(yīng)該對(duì)其有任何影響。

如果無(wú)法保證持久性會(huì)怎么樣？

在Mysql中，為了解決CPU和磁盤速度不一致問(wèn)題，Mysql是將磁盤上的數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存，對(duì)內(nèi)存進(jìn)行操作，然后再回寫磁盤。好，假設(shè)此時(shí)宕機(jī)了，在內(nèi)存中修改的數(shù)據(jù)全部丟失了，持久性就無(wú)法保證。

設(shè)想一下，系統(tǒng)提示你轉(zhuǎn)賬成功。但是你發(fā)現(xiàn)金額沒(méi)有發(fā)生任何改變，此時(shí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了不合法的數(shù)據(jù)狀態(tài)，我們將這種狀態(tài)認(rèn)為是數(shù)據(jù)不一致的情形。

一致性

根據(jù)定義，一致性是指事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)處于一種合法的狀態(tài)，這種狀態(tài)是語(yǔ)義上的而不是語(yǔ)法上的。
那什么是合法的數(shù)據(jù)狀態(tài)呢？

oK，這個(gè)狀態(tài)是滿足預(yù)定的約束就叫做合法的狀態(tài)，再通俗一點(diǎn)，這狀態(tài)是由你自己來(lái)定義的。滿足這個(gè)狀態(tài)，數(shù)據(jù)就是一致的，不滿足這個(gè)狀態(tài)，數(shù)據(jù)就是不一致的！

如果無(wú)法保證一致性會(huì)怎么樣？

例一:A賬戶有200元，轉(zhuǎn)賬300元出去，此時(shí)A賬戶余額為-100元。你自然就發(fā)現(xiàn)了此時(shí)數(shù)據(jù)是不一致的，為什么呢？因?yàn)槟愣x了一個(gè)狀態(tài)，余額這列必須大于0。

例二:A賬戶200元，轉(zhuǎn)賬50元給B賬戶，A賬戶的錢扣了，但是B賬戶因?yàn)楦鞣N意外，余額并沒(méi)有增加。你也知道此時(shí)數(shù)據(jù)是不一致的，為什么呢？因?yàn)槟愣x了一個(gè)狀態(tài)，要求A+B的余額必須不變。

實(shí)戰(zhàn)解答

問(wèn)題一：Mysql怎么保證一致性的？

OK，這個(gè)問(wèn)題分為兩個(gè)層面來(lái)說(shuō)。

從數(shù)據(jù)庫(kù)層面，數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)原子性、隔離性、持久性來(lái)保證一致性。也就是說(shuō)ACID四大特性之中，C(一致性)是目的，A(原子性)、I(隔離性)、D(持久性)是手段，是為了保證一致性，數(shù)據(jù)庫(kù)提供的手段。數(shù)據(jù)庫(kù)必須要實(shí)現(xiàn)AID三大特性，才有可能實(shí)現(xiàn)一致性。例如，原子性無(wú)法保證，顯然一致性也無(wú)法保證。

但是，如果你在事務(wù)里故意寫出違反約束的代碼，一致性還是無(wú)法保證的。例如，你在轉(zhuǎn)賬的例子中，你的代碼里故意不給B賬戶加錢，那一致性還是無(wú)法保證。因此，還必須從應(yīng)用層角度考慮。

從應(yīng)用層面，通過(guò)代碼判斷數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)是否有效，然后決定回滾還是提交數(shù)據(jù)！

問(wèn)題二: Mysql怎么保證原子性的？

OK，是利用Innodb的undo log。

undo log名為回滾日志，是實(shí)現(xiàn)原子性的關(guān)鍵，當(dāng)事務(wù)回滾時(shí)能夠撤銷所有已經(jīng)成功執(zhí)行的sql語(yǔ)句，他需要記錄你要回滾的相應(yīng)日志信息。

例如

• (1)當(dāng)你delete一條數(shù)據(jù)的時(shí)候，就需要記錄這條數(shù)據(jù)的信息，回滾的時(shí)候，insert這條舊數(shù)據(jù)
• (2)當(dāng)你update一條數(shù)據(jù)的時(shí)候，就需要記錄之前的舊值，回滾的時(shí)候，根據(jù)舊值執(zhí)行update操作
• (3)當(dāng)年insert一條數(shù)據(jù)的時(shí)候，就需要這條記錄的主鍵，回滾的時(shí)候，根據(jù)主鍵執(zhí)行delete操作

undo log記錄了這些回滾需要的信息，當(dāng)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。

ps:具體的undo log日志長(zhǎng)啥樣，這個(gè)可以寫一篇文章了。而且寫出來(lái)，看的人也不多，姑且先這么簡(jiǎn)單的理解吧。

問(wèn)題三: Mysql怎么保證持久性的？

OK，是利用Innodb的redo log。

正如之前說(shuō)的，Mysql是先把磁盤上的數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，在內(nèi)存中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，再刷回磁盤上。如果此時(shí)突然宕機(jī)，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。

怎么解決這個(gè)問(wèn)題？

簡(jiǎn)單啊，事務(wù)提交前直接把數(shù)據(jù)寫入磁盤就行啊。

這么做有什么問(wèn)題？

• 只修改一個(gè)頁(yè)面里的一個(gè)字節(jié)，就要將整個(gè)頁(yè)面刷入磁盤，太浪費(fèi)資源了。畢竟一個(gè)頁(yè)面16kb大小，你只改其中一點(diǎn)點(diǎn)東西，就要將16kb的內(nèi)容刷入磁盤，聽著也不合理。
• 畢竟一個(gè)事務(wù)里的SQL可能牽涉到多個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)的修改，而這些數(shù)據(jù)頁(yè)可能不是相鄰的，也就是屬于隨機(jī)IO。顯然操作隨機(jī)IO，速度會(huì)比較慢。

于是，決定采用redo log解決上面的問(wèn)題。當(dāng)做數(shù)據(jù)修改的時(shí)候，不僅在內(nèi)存中操作，還會(huì)在redo log中記錄這次操作。當(dāng)事務(wù)提交的時(shí)候，會(huì)將redo log日志進(jìn)行刷盤(redo log一部分在內(nèi)存中，一部分在磁盤上)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)宕機(jī)重啟的時(shí)候，會(huì)將redo log中的內(nèi)容恢復(fù)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，再根據(jù)undo log和binlog內(nèi)容決定回滾數(shù)據(jù)還是提交數(shù)據(jù)。

采用redo log的好處？

其實(shí)好處就是將redo log進(jìn)行刷盤比對(duì)數(shù)據(jù)頁(yè)刷盤效率高，具體表現(xiàn)如下

• redo log體積小，畢竟只記錄了哪一頁(yè)修改了啥，因此體積小，刷盤快。
• redo log是一直往末尾進(jìn)行追加，屬于順序IO。效率顯然比隨機(jī)IO來(lái)的快。

ps:不想具體去談redo log具體長(zhǎng)什么樣，因?yàn)閮?nèi)容太多了。

問(wèn)題四: Mysql怎么保證隔離性的？

OK,利用的是鎖和MVCC機(jī)制。還是拿轉(zhuǎn)賬例子來(lái)說(shuō)明，有一個(gè)賬戶表如下

表名t_balance