事務是MySQL等關系型數據庫區別於NoSQL的重要方面，是保證數據一致性的重要手段。
一、什么是事務
事務是由數據庫中一系列的訪問和更新組成的邏輯執行單元。事務的邏輯單元中可以是一條SQL語句，也可以是一段SQL邏輯，這段邏輯要么全部執行成功，要么全部執行失敗。
舉個最常見的例子，你早上出去買早餐，支付寶掃碼付款給早餐老板，這就是一個簡單的轉賬過程，會包含兩步：（1）從你的支付寶賬戶扣款10元；（2）早餐老板的賬戶增加10元。這兩步其中任何一步出現問題，都會導致整個賬務出現問題。
假如你的支付寶賬戶扣款10元失敗，早餐老板的賬戶增加成功，那你就Happy了，相當於馬雲請你吃早餐了；
假如你的支付寶賬戶扣款10元成功，早餐老板的賬戶增加失敗，那你就悲劇了，早餐老板不會放過你，會讓你重新付款，相當於你請馬雲吃早餐了；
事務就是用來保證一系列操作的原子性，上述兩步操作，要么全部執行成功，要么全部執行失敗。
數據庫為了保證事務的原子性和持久性，引入了 redo log 和 undo log。
二、事務的4個特性
ACID是衡量事務的四個特性：
- 原子性（Atomicity，或稱不可分割性）
- 一致性（Consistency）
- 隔離性（Isolation）
- 持久性（Durability）
按照嚴格的標准，只有同時滿足ACID特性才是事務；但是在各大數據庫廠商的實現中，真正滿足ACID的事務少之又少。例如MySQL的NDB Cluster事務不滿足持久性和隔離性；InnoDB默認事務隔離級別是可重復讀，不滿足隔離性；Oracle默認的事務隔離級別為READ COMMITTED，不滿足隔離性……因此與其說ACID是事務必須滿足的條件，不如說它們是衡量事務的四個維度。
三、持久性 - redo log
1、持久性是指事務一旦提交，它對數據庫的改變就應該是永久性的。接下來的其他操作或故障不應該對其有任何影響。
2、實現原理：采用 redo log
redo log 和 undo log 都屬於InnoDB的事務日志。下面先聊一下redo log存在的背景：InnoDB作為MySQL的存儲引擎，數據是存放在磁盤中的，但如果每次讀寫數據都需要磁盤IO，效率會很低。為此，InnoDB提供了緩存(Buffer Pool)，Buffer Pool中包含了磁盤中部分數據頁的映射，作為訪問數據庫的緩沖：當從數據庫讀取數據時，會首先從Buffer Pool中讀取，如果Buffer Pool中沒有，則從磁盤讀取后放入Buffer Pool；當向數據庫寫入數據時，會首先寫入Buffer Pool，Buffer Pool中修改的數據會定期刷新到磁盤中（這一過程稱為刷臟）。
Buffer Pool的使用大大提高了讀寫數據的效率，但是也帶了新的問題：如果MySQL宕機，而此時Buffer Pool中修改的數據還沒有刷新到磁盤，就會導致數據的丟失，事務的持久性無法保證。
於是，redo log 被引入來解決這個問題：當數據修改時，除了修改Buffer Pool中的數據，還會在 redo log 記錄這次操作；當事務提交時，會調用fsync接口對redo log進行刷盤。如果MySQL宕機，重啟時可以讀取redo log中的數據，對數據庫進行恢復。redo log采用的是WAL（Write-ahead logging，預寫式日志），所有修改先寫入日志，再更新到Buffer Pool，保證了數據不會因MySQL宕機而丟失，從而滿足了持久性要求。
既然 redo log 也需要在事務提交時將日志寫入磁盤，為什么它比直接將Buffer Pool中修改的數據寫入磁盤(即刷臟)要快呢？主要有以下兩方面的原因：
（1）刷臟是隨機IO，因為每次修改的數據位置隨機，但寫redo log是追加操作，屬於順序IO。
（2）刷臟是以數據頁（Page）為單位的，MySQL默認頁大小是16KB，一個Page上一個小修改都要整頁寫入；而redo log中只包含真正需要寫入的部分，無效IO大大減少。
3、redo log 介紹
redo log 是重做日志，通常是物理日志，記錄的是物理數據頁的修改，它用來恢復提交后的物理數據頁
如上圖所示，redo log分為兩部分：
（1）內存中的redo log Buffer是日志緩沖區，這部分數據是容易丟失的
（2）磁盤上的redo log file是日志文件，這部分數據已經持久化到磁盤，不容易丟失
SQL操作數據庫之前，會先記錄重做日志，為了保證效率會先寫到日志緩沖區中（redo log Buffer），再通過緩沖區寫到磁盤文件中進行持久化，既然有緩沖區說明數據不是實時寫到redo log file中的，那么假如redo log寫到緩沖區后，此時服務器斷電了，那redo log豈不是會丟失？
在MySQL中可以自已控制log buffer刷新到log file中的頻率，通過innodb_flush_log_at_trx_commit參數可以設置事務提交時log buffer如何保存到log file中，innodb_flush_log_at_trx_commit參數有3個值(0、1、2)，表示三種不同的方式：
（1）為1：表示事務每次提交都會將log buffer寫入到os buffer，並調用操作系統的fsync()方法將日志寫入log file，這種方式的好處是就算MySQL崩潰也不會丟數據，redo log file保存了所有已提交事務的日志，MySQL重新啟動后會通過redo log file進行恢復。但這種方式每次提交事務都會寫入磁盤，IO性能較差。
（2）為0：表示事務提交時不會將log buffer寫入到os buffer中，而是每秒寫入os buffer然后調用fsync()方法將日志寫入log file，這種方式在MySQL系統崩潰時會丟失大約1秒鍾的數據。
（2）為2：表示事務每次提交僅將log buffer寫入到os buffer中，然后每秒調用fsync()方法將日志寫入log file，這種方式在MySQL崩潰時也會丟失大約1秒鍾的數據。
四、原子性 - undo log
1、原子性是指一個事務是一個不可分割的工作單位，其中的操作要么都做，要么都不做；如果事務中一個sql語句執行失敗，則已執行的語句也必須回滾，數據庫退回到事務前的狀態。
2、實現原理：采用 undo log
在說明原子性原理之前，首先介紹一下MySQL的事務日志。MySQL的日志有很多種，如二進制日志、錯誤日志、查詢日志、慢查詢日志等，此外InnoDB存儲引擎還提供了兩種事務日志：redo log(重做日志)和undo log(回滾日志)。其中redo log用於保證事務持久性；undo log則是事務原子性和隔離性實現的基礎。
下面說回undo log。實現原子性的關鍵，是當事務回滾時能夠撤銷所有已經成功執行的sql語句。
InnoDB實現回滾，靠的是undo log：當事務對數據庫進行修改時，InnoDB會生成對應的undo log；如果事務執行失敗或調用了rollback，導致事務需要回滾，便可以利用undo log中的信息將數據回滾到修改之前的樣子。
3、undo log 介紹
undo log 是回滾日志，用來回滾行記錄到某個版本，undo log一般是邏輯日志，根據行的數據變化進行記錄。
undo log 跟 redo log 一樣也是在SQL操作數據之前記錄的，也就是SQL操作先記錄日志，再進行操作數據。
如上圖所示，SQL操作之前會先記錄 redo log、undo log 到日志緩沖區，日志緩沖區的數據會記錄到os buffer中，再通過調用fsync()方法將日志記錄到log file中。
undo log 屬於邏輯日志，它記錄的是sql執行相關的信息。可以簡單的理解為：當insert一條記錄時，undo log會記錄一條對應的delete語句；當update一條語句時，undo log記錄的是一條與之操作相反的語句。當事務需要回滾時，可以從undo log中找到相應的內容進行回滾操作，回滾后數據恢復到操作之前的狀態。
當發生回滾時，InnoDB會根據undo log的內容做與之前相反的工作：對於每個insert，回滾時會執行delete；對於每個delete，回滾時會執行insert；對於每個update，回滾時會執行一個相反的update，把數據改回去。
以update操作為例：當事務執行update時，其生成的undo log中會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，回滾時便可以使用這些信息將數據還原到update之前的狀態。
總結：MySQL中是如何實現事務提交和回滾的：
1、為了保證數據的持久性，數據庫在執行SQL操作數據之前會先記錄redo log和undo log；
2、redo log是重做日志，通常是物理日志，記錄的是物理數據頁的修改，它用來恢復提交后的物理數據頁；
3、undo log是回滾日志，用來回滾行記錄到某個版本，undo log一般是邏輯日志，根據行的數據變化進行記錄；
4、redo/undo log都是寫先寫到日志緩沖區，再通過緩沖區寫到磁盤日志文件中進行持久化保存；
5、undo日志還有一個用途就是用來控制數據的多版本（MVCC）
簡單理解就是：
redo log是用來恢復數據的，用於保障已提交事務的持久性；
undo log是用來回滾事務的，用於保障未提交事務的原子性。
五、隔離性
1、定義
與原子性、持久性側重於研究事務本身不同，隔離性研究的是不同事務之間的相互影響。隔離性是指，事務內部的操作與其他事務是隔離的，並發執行的各個事務之間不能互相干擾。嚴格的隔離性，對應了事務隔離級別中的Serializable (可串行化)，但實際應用中出於性能方面的考慮很少會使用可串行化。
隔離性追求的是並發情形下事務之間互不干擾。簡單起見，我們主要考慮最簡單的讀操作和寫操作(加鎖讀等特殊讀操作會特殊說明)，那么隔離性的探討，主要可以分為兩個方面：
- (一個事務)寫操作對(另一個事務)寫操作的影響：鎖機制保證隔離性
- (一個事務)寫操作對(另一個事務)讀操作的影響：MVCC保證隔離性
2、鎖機制
首先來看兩個事務的寫操作之間的相互影響。隔離性要求同一時刻只能有一個事務對數據進行寫操作，InnoDB通過鎖機制來保證這一點。
鎖機制的基本原理可以概括為：事務在修改數據之前，需要先獲得相應的鎖；獲得鎖之后，事務便可以修改數據；該事務操作期間，這部分數據是鎖定的，其他事務如果需要修改數據，需要等待當前事務提交或回滾后釋放鎖。
3、行鎖與表鎖
按照粒度，鎖可以分為表鎖、行鎖以及其他位於二者之間的鎖。表鎖在操作數據時會鎖定整張表，並發性能較差；行鎖則只鎖定需要操作的數據，並發性能好。但是由於加鎖本身需要消耗資源(獲得鎖、檢查鎖、釋放鎖等都需要消耗資源)，因此在鎖定數據較多情況下使用表鎖可以節省大量資源。MySQL中不同的存儲引擎支持的鎖是不一樣的，例如MyIsam只支持表鎖，而InnoDB同時支持表鎖和行鎖，且出於性能考慮，絕大多數情況下使用的都是行鎖。
六、一致性
1、一致性是指事務執行結束后，數據庫的完整性約束沒有被破壞，事務執行的前后都是合法的數據狀態。
數據庫的完整性約束包括但不限於：實體完整性（如行的主鍵存在且唯一）、列完整性（如字段的類型、大小、長度要符合要求）、外鍵約束、用戶自定義完整性（如轉賬前后，兩個賬戶余額的和應該不變）。
2、實現原理
一致性是事務追求的最終目標：前面提到的原子性、持久性和隔離性，都是為了保證數據庫狀態的一致性。此外，除了數據庫層面的保障，一致性的實現也需要應用層面進行保障。實現一致性的措施包括：
- 保證原子性、持久性和隔離性，如果這些特性無法保證，事務的一致性也無法保證
- 數據庫本身提供保障，例如不允許向整形列插入字符串值、字符串長度不能超過列的限制等
- 應用層面進行保障，例如如果轉賬操作只扣除轉賬者的余額，而沒有增加接收者的余額，無論數據庫實現的多么完美，也無法保證狀態的一致
總結：ACID特性及其實現原理
1、原子性：語句要么全執行，要么全不執行，是事務最核心的特性，事務本身就是以原子性來定義的；實現主要基於undo log
2、持久性：保證事務提交后不會因為宕機等原因導致數據丟失；實現主要基於redo log
3、隔離性：保證事務執行盡可能不受其他事務影響；InnoDB默認的隔離級別是RR，RR的實現主要基於鎖機制（包含next-key lock）、MVCC（包括數據的隱藏列、基於undo log的版本鏈、ReadView）
4、一致性：事務追求的最終目標，一致性的實現既需要數據庫層面的保障，也需要應用層面的保障
參考文章：https://www.cnblogs.com/superming/p/13368771.html