Mysql事务特性的底层实现浅谈

Mysql四大特性：

1、原子性（Atomic）：事务中所有数据的修改，要么全部执行，要么全部不执行。
2、一致性（Consistence）：事务完成时，要使所有所有的数据都保持一致的状态， 换言之：通过事务进行的所有数据修改，必须在所有相关的表中得到反映。
3、隔离性（Isolation）：事务应该在另一个事务对数据的修改前或者修改后进行访问。
4、持久性（Durability）：保证事务对数据库的修改是持久有效的，即使发生系统故障， 也不应该丢失。

背后实现

概念

1. redo

redo， 重做日志，保证了事务的原子性与持久性。通常是物理日志，用于恢复事务修改的页操作。

redo 包括两部分：

1 内存中的重做日志缓冲，易失，一般在事务开始时，就要写入这部分
2 第二部分是重做日志，这个是要刷如磁盘的。一般在事务提交时会刷如磁盘。有些场景，也可以设置没用每次事务提交就刷，而是交给master thread 定期刷盘，但是这样如果在这期间，宕机了，则没有刷盘的数据就要丢失了。
redo 日志里面存储的是操作指令，每个指令根据操作类型的不同，存储格式也是不同的。

redo 在内存中，结合了checkpoint 以及LSN(log sequence number) 来保证刷入磁盘的数据不丢。checkpoint记录了刷磁盘刷到哪儿了，LSN记录了当前内存中的日志编号。二者之间的内容就是没有刷新到磁盘的日志。

2. undo

undo保证了事务的一致性。undo 并不是物理日志，而是逻辑上的日志，有一个专门的内存字段存储undo 日志。
undo 主要有两个作用：1是回滚操作，将数据库逻辑地恢复到原来的样子，但是已经分配的页、或者数据结果可能回滚不了了； 2 是MVCC（多版本并发控制），实现并发控制的一种很通用的机制，在下面的一节中，我们会讲到。

当事务提交的时候，innodb不会立即删除undo log，因为后续还可能会用到undo log，如隔离级别为repeatable read时，事务读取的都是开启事务时的最新提交行版本，只要该事务不结束，该行版本就不能删除，即undo log不能删除。

但是在事务提交的时候，会将该事务对应的undo log放入到删除列表中，未来通过purge来删除。并且提交事务时，还会判断undo log分配的页是否可以重用，如果可以重用，则会分配给后面来的事务，避免为每个独立的事务分配独立的undo log页而浪费存储空间和性能。

至于purge后台进程的删除操作https://blog.csdn.net/zwleagle/article/details/44567251
我就不再赘述（毕竟我不也懂）

3. binlog

binlog基本定义：二进制日志，也成为二进制日志，记录对数据发生或潜在发生更改的SQL语句，并以二进制的形式保存在磁盘中

作用：Mysql的作用类似于ORACLE的归档日志，可以用来查看数据库的变更历史（具体的时间点所有的SQL操作）、数据库增量备份和恢复（增量备份和基于时间点的恢复）、Mysql的复制（主主数据库的复制、主从数据库的复制）

ARIES(WAL)原则

1. 先写日之后写磁盘，日志成功写入后就不会丢失，后续由checkpoint机制来保证磁盘物理文件与redo日志达到一致性。
2. 利用Redo 记录变更后的数据，即redo记录事务数据变更后的值
3. 利用Undo 记录变更前的数据，用于回滚和其他事务多版本读。

有了如上概念的基础就可以更好的理解四个特性的背后实现

原子性的实现

每一个写事务，都会修改 Buffer Pool，从而产生相应的 Redo 日志，这些日志信息会被记录到 ib_logfiles 文件中。因为 Redo 日志是遵循 Write Ahead Log 的方式写的，所以事务是顺序被记录的。
任何 Buffer Pool 中的页被刷到磁盘之前，都会先写入到日志文件中。

回滚（undo日志）
要保证原子性，就必须在异常发生时，对已经执行的操作进行回滚，此时就用到了undo 日志。

未刷盘数据提交（redo日志）
除了回滚之外，还有一种场景是事务提交了，日志写入到buffer pool 了，但是buffer pool的脏页 并没有刷盘，那此时怎么恢复呢？就需要用到redo日志恢复数据。

综合上述两种case，其实原子性的保证就是用到了WAL的原则。

持久性的实现

持久性是表示一个事务一旦提交，它对数据的改变就是永久的。通过原子性可以保证的一旦事务提交，即使遇到宕机，也可以从逻辑上将数据找回来，再次写入到物理存储空间。
当事务提交的时候会把所有的修改信息存放在redo log中，并且会把redo log持久化到磁盘，当电脑重启后就会重新执行redo log的修改信息来恢复数据，这样就能够达到持久化的目的。
因为redo日志是有限的，那么宕机之后，redo日志之前的数据怎么恢复呢，会结合binlog日志。

隔离性的实现

innodb隔离性有四种，我们简单看一下四种隔离级别都是怎么实现的。

1、读未提交:没做任何控制。能够读到一个事务中的中间状态，是违背ACID的，所以在MySQL中基本不用。
2、读已提交（RC）：通过对数据加了写锁，在写的过程中数据是不能被其他事务看到的。但是会存在不可重复读的问题。
3、可重复读(RR)：通过增加间隙锁，解决了不可重读的问题，但是并不能对未存在的数据进行加锁操作，所以会存在幻读的问题。（innodb默认）
4、可串行化：通过加锁，所有的操作都是单版本，串行化的。

一致性的实现

一致性可以归纳为完整性。而数据的完整性是通过上面三个特性来保证的，包括原子性、隔离性、持久性，而这三个特性又是通过Redo/Undo/binlog 来保证的