【强烈建议收藏:MySQL面试必问系列之事务专题【事务ACID四大特性以及实现原理】、【数据库事务的隔离级别】、【事务并发带来的问题、脏读、不可重复读、幻读】、【MySQL事务并发以及锁机制】】

一.面试开始

面试官拿出你的简历一看，这小伙子会MySQL，那我必须要好好问问他了，看看他掌握的怎么样？

二.什么是事务的四大特性ACID？

原子性： 原子性是指一个事务是一个不可分割的工作单位，其中的操作要么都做，要么都不做；如果事务中一个sql语句执行失败，则已执行的语句也必须回滚，数据库退回到事务前的状态。
一致性： 事务执行前后，数据保持一致，多个事务对同一个数据读取的结果是相同的
隔离性： 并发访问数据库时，一个用户的事务不被其他事务所干扰，各并发事务之间数据库是独立的
持久性： 一个事务被提交之后。它对数据库中数据的改变是持久的，即使数据库发生故障也不应该对其有任何影响。

你以为这要结束了吗，其实才这个问题才刚刚开始？

三.那ACID是怎么实现的呢？

拓展:首先介绍一下MySQL的事务日志。MySQL的日志有很多种，如二进制日志、错误日志、查询日志、慢查询日志等，此外InnoDB存储引擎还提供了两种事务日志：redo log(重做日志)和undo log(回滚日志)。其中redo log用于保证事务持久性；undo log则是事务原子性和隔离性实现的基础。

3.1 原子性实现原理

实现原理：undo log

1. undo log是实现原子性的关键，当事务回滚时能够撤销所有已经成功执行的sql语句。
2. InnoDB实现回滚，靠的是undo log，当事务对数据库进行修改时，InnoDB会生成对应的undo log。
3. 如果事务执行失败或调用了rollback，导致事务需要回滚，便可以利用undo log中的信息将数据回滚到修改之前的样子。
4. undo log属于逻辑日志，它记录的是sql执行相关的信息。
5. 当发生回滚时，InnoDB会根据undo log的内容做与之前相反的工作：对于每个insert，回滚时会执行delete；对于每个delete，回滚时会执行insert；对于每个update，回滚时会执行一个相反的update，把数据改回去。

3.2 隔离性实现原理

实现原理：undo log+锁机制+MVCC

1. 隔离性与原子性、持久性侧重于研究事务本身不同，隔离性研究的是不同事务之间的相互影响。
2. 隔离性是指，事务内部的操作与其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。严格的隔离性，对应了事务隔离级别中的Serializable (可串行化)，但实际应用中出于性能方面的考虑很少会使用可串行化。
3. 隔离性追求的是并发情形下事务之间互不干扰。

   我们主要考虑最简单的读操作和写操作(加锁读等特殊读操作会特殊说明)，那么隔离性的探讨，主要可以分为两个方面：
   事务T1执行写操作对事务T2执行写操作的影响：锁机制保证隔离性
   事务T1执行写操作对事务T2执行读操作的影响：MVCC保证隔离性

关于锁机制的相关内容我们下篇文章讲，否则内容过多，读者也会感觉接收不了。

3.3 持久性实现原理

实现原理：redo log

1. InnoDB作为MySQL的存储引擎，数据是存放在磁盘中的，但如果每次读写数据都需要磁盘IO，效率会很低。为了提高效率，InnoDB提供了缓存(Buffer Pool)。
2. Buffer Pool中包含了磁盘中部分数据页的映射，作为访问数据库的缓冲：当从数据库读取数据时，会首先从Buffer Pool中读取，如果Buffer Pool中没有，则从磁盘读取后放入Buffer Pool；当向数据库写入数据时，会首先写入Buffer Pool，Buffer Pool中修改的数据会定期刷新到磁盘中（这一过程称为刷脏）。
3. Buffer Pool的使用大大提高了读写数据的效率，但是也带了新的问题：如果MySQL宕机，而此时Buffer Pool中修改的数据还没有刷新到磁盘，就会导致数据的丢失，事务的持久性无法保证。
4. redo log被引入来解决这个问题：当数据修改时，除了修改Buffer Pool中的数据，还会在redo log记录这次操作；当事务提交时，会调用fsync接口对redo log进行刷盘。如果MySQL宕机，重启时可以读取redo log中的数据，对数据库进行恢复。redo log采用的是WAL（Write-ahead logging，预写式日志），所有修改先写入日志，再更新到Buffer Pool，保证了数据不会因MySQL宕机而丢失，从而满足了持久性要求。

拓展1:既然redo log也需要在事务提交时将日志写入磁盘，为什么它比直接将Buffer Pool中修改的数据写入磁盘(即刷脏)要快呢？主要有以下两方面的原因：
1 刷脏是随机IO，因为每次修改的数据位置随机，但写redo log是追加操作，属于顺序IO。
2 刷脏是以数据页（Page）为单位的，MySQL默认页大小是16KB，一个Page上一个小修改都要整页写入；而redo log中只包含真正需要写入的部分，无效IO大大减少。
拓展2:redo log日志和与binlog日志的区别？
在MySQL中还存在binlog(二进制日志)也可以记录写操作并用于数据的恢复，但二者是有着根本的不同的：
1.作用不同：redo log是用于crash recovery的，保证MySQL宕机也不会影响持久性；binlog是用于point-in-time recovery的，保证服务器可以基于时间点恢复数据，此外binlog还用于主从复制。
2.层次不同：redo log是InnoDB存储引擎实现的，而binlog是MySQL的服务器层实现的，同时支持InnoDB和其他存储引擎。
3.内容不同：redo log是物理日志，内容基于磁盘的Page；binlog的内容是二进制的，根据binlog_format参数的不同，可能基于sql语句、基于数据本身或者二者的混合。
4.写入时机不同：binlog在事务提交时写入；redo log的写入时机相对多元：当事务提交时会调用fsync对redo log进行刷盘；这是默认情况下的策略，修改innodb_flush_log_at_trx_commit参数可以改变该策略，但事务的持久性将无法保证。除了事务提交时，还有其他刷盘时机：如master thread每秒刷盘一次redo log等，这样的好处是不一定要等到commit时刷盘，commit速度大大加快。

3.4 一致性实现原理

实现原理：原子性+隔离性+持久性

1. 一致性是事务追求的最终目标：前面提到的原子性、持久性和隔离性，都是为了保证数据库状态的一致性。此外，除了数据库层面的保障，一致性的实现也需要应用层面进行保障。
2. 实现一致性的措施包括：

• 保证原子性、持久性和隔离性，如果这些特性无法保证，事务的一致性也无法保证
  

• 数据库本身提供保障，例如不允许向整形列插入字符串值、字符串长度不能超过列的限制等
  

• 应用层面进行保障，例如如果转账操作只扣除转账者的余额，而没有增加接收者的余额，无论数据库实现的多么完美，也无法保证状态的一致
  

面试官:嗯，基础功还算扎实，那你知道事务的隔离级别吗？

四.事务的隔离级别你知道有哪些吗？

废话不多说，先上图，总览全局，然后再了解每个具体的隔离级别。如下图所示:

SQL标准中规定，针对不同的隔离级别，并发事务可以发生不同严重程度的问题，具体情况如下：

1. Read Uncommitted：在该隔离级别，可能发生脏读、不可重复读和幻读问题。所有事务都可以看到其他未提交事务的执行结果。本隔离级别很少用于实际应用，因为它的性能也不比其他级别好多少。读取未提交的数据，也被称之为脏读（Dirty Read）。

2. Read Committed：在该隔离级别，可能发生不可重复读和幻读问题，但是不可以发生脏读问题。这是大多数数据库系统的默认隔离级别（但不是MySQL默认的）。它满足了隔离的简单定义：一个事务只能看见已经提交事务所做的改变。这种隔离级别 也支持所谓的不可重复读（Nonrepeatable Read），因为同一事务的其他实例在该实例处理其间可能会有新的commit，所以同一select可能返回不同结果。

3. Repeatable Read：隔离级别下，可能发生幻读问题，但是不可以发生脏读和不可重复读的问题。这是MySQL的默认事务隔离级别，它确保同一事务的多个实例在并发读取数据时，会看到同样的数据行。不过理论上，这会导致另一个棘手的问题：幻读 （Phantom Read）。简单的说，幻读指当用户读取某一范围的数据行时，另一个事务又在该范围内插入了新行，当用户再读取该范围的数据行时，会发现有新的“幻影” 行。InnoDB和Falcon存储引擎通过多版本并发控制（MVCC，Multiversion Concurrency Control）机制解决了该问题。

4. Serializable：隔离级别下，各种问题都不可以发生。这是最高的隔离级别，它通过强制事务排序，使之不可能相互冲突，从而解决幻读问题。简言之，它是在每个读的数据行上加上共享锁。在这个级别，可能导致大量的超时现象和锁竞争，效率会比较低。

卑微的你: 回答了好长时间呀，心想是不是快要结束了呢
面试官：那你知道事务并发会带来什么问题吗？

五.面试官:你刚才也提到了事务并发带来的一些问题，具体分析一下吧？

事务并发会带来我们MySQL中俗称的脏读、不可重复读、幻读的问题。

上边介绍了几种并发事务执行过程中可能遇到的一些问题，按照问题严重性来简单排一下序：
脏读 > 不可重复读 > 幻读

5.1 事务并发带来的问题

1. 脏读
   脏读是指无效数据的读出，是指在数据库访问中， 事务 T1将某一值修改，然后事务T2读取该值，此后T1因为某种原因撤销rollback对该值的修改，这就导致了T2所读取到的数据是无效的，值得注意的是，脏读一般是针对于update操作的。

2. 不可重复读
   每次读取的数据都是不同的，比如说我们事务T1修改了数据，并且提交了事务，此时事务T2读取该值。然后事务T1又修改了值，此时再次提交，此时事务T2再次读取，发现此时和自己第一次读取的值是不一样的，就会出现不可重复读的影响。

3. 幻读
   当某个事务T1进行范围查询数据时，另一个事务T2在该范围内插入了数据，当事务T1再次范围查询时，数据变多了，和我们之前的结果也不一样，而且变多了，这个呢就是幻行（即多了事务b插入的那行数据）。

5.2 如何解决事务并发带来的问题呢？

这个问题呢主要还是想考察你是否了解MySQL底层的锁机制。这个问题呢需要回答的点也比较多，为了 让知识成体系，并且每一篇文章尽可能的不要过于长，接下来我们会专门开一篇文章来讲MySQL底层加锁的机制原理。

等不及的同学也可以看看这篇文章，我马上就会更新的。

一张图彻底搞懂 MySQL 的锁机制

【MySQL】MySQL中的锁机制

Mysql数据库中的各种锁

六.总结

先感谢这篇文章的博主对于我总结ACID实现的原理有很大的帮助:
深入学习MySQL事务：ACID特性的实现原理

然后我们再一起来回顾一下这篇文章的主要内容

1. 事务的四大特性ACID
2. 四大特性底层实现的原理
3. MySQL中日志的作用以及区别
4. MySQL数据库事务隔离级别
5. 事务并发存在的问题
6. 提到了数据库锁机制+MVCC机制等等，这个我们后面会专门写一篇文章来讲关于这方面的内容。

然后想对屏幕前的你们说一句话，苦尽甘来，我们只管确定目标+为之努力，剩下的交给时间。

好啦，不说啦，我说硕风和炜，我们下篇文章见哦。