引言
ACID是事務的特點也是必須的要求，只有保證ACID事務的執行才不會出錯，分別是原子性、一致性、隔離性和持久性。我們知道典型的MySQL事務是這樣執行的：
- start transaction 開啟事務
- commit 提交事務
- rollback 回滾事務
注意兩個默認機制：
- 如果沒有顯示開啟事務，每條SQL都是單獨的事務
- 自動提交機制
下面我們就來分析一下ACID是如何實現的？以及它和鎖機制、隔離級別的關系。
實現原理
1、原子性（Atomicity）
原子性就是說事務是一個不可分割的基本單位，其中的操作要么全部執行，要么都不執行，其實就是rollback的實現機制，原子性實現的原理是通過undo log。
undo log是邏輯日志，它記錄的是每條sql。當事務對數據庫進行修改時，InnoDB 會生成對應的 undo log，如果事務執行失敗調用了rollback，便可以利用 undo log 中的信息將數據回滾到修改之前的樣子。
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。
2、持久性（Durability）
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。重點就是如何保證數據庫宕機數據不受影響。實現原理是通過redo log
要想深入了解redolog，需要事先了解MySQL的存儲引擎是怎么從磁盤讀取數據，又是如何把數據刷回磁盤的？這里以InnoDB為例，由於磁盤IO速度很慢，因此InnoDB不直接與磁盤打交道，而是通過Buffer Pool緩沖池，以此來加速讀和加速寫。
加速讀指的是讀取時會優先從Buffer Pool讀取，如果 Buffer Pool 中沒有，則從磁盤讀取后放入 Buffer Pool。
加讀寫指的是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。
但是如果buffer中保存的數據還沒刷新到磁盤數據庫就宕機了，會造成數據永久丟失。於是引入redo log解決這個問題，原理是WAL，先寫log，再寫buffer，並且每次事務提交都會把redo log刷新到磁盤。這個時候如果數據庫宕機，也可以通過redo log的記錄恢復所有數據。
你可能會有的兩個疑問：
-
為什么buffer pool中的數據要定期刷臟，如果每次事務提交都刷新到磁盤，就不需要redo log
因為每次修改的數據隨機，buffer pool刷臟過程是隨機IO，速度很慢，而redo log是追加操作，數據都是連續的，屬於順序IO。第二個原因是刷臟都是以數據頁為單位的，一個小修改都要整頁寫入，而redo log中只包含真正修改的部分，無效IO減少。
-
redo log 和 bin log的關系，bin log是否與持久性有關？
完全無關，兩者的層次和維度都不相同。bin log是server端的，用於備份和恢復數據、主從復制等，而redo log是innodb特有的，用於保證異常情況下數據安全。當然redo log的二階段提交也是必要的，用來保證redo log和bin log的一致性。
3、隔離性（Isolation）
1. 引言
這是個重頭戲，涉及到很多方面的內容
隔離性指的是事物內部的操作與其他事務是隔離的，並發執行的事務之間不能互相干擾。不同的隔離級別事務並發程度也不相同，能解決的問題也不同。一般來說，隔離級別越高並發程度越低，因為要加不同的鎖。
MySQL隔離級別 -- 可能產生的問題：
- 讀未提交 -- 臟讀、不可重復讀、幻讀
- 讀已提交 -- 不可重復讀、幻讀
- 可重復讀 -- 幻讀
- 串行化 -- 無
先對各個級別加鎖情況做個介紹，讓你有個基本概念：
- 讀未提交級別：不需要加任何鎖，因此它的並發程度最高，但同時也會引發各種並發問題
- 讀已提交級別：讀不需要加鎖，但是寫需要加排它鎖/MVCC
- 可重復讀級別：有兩種不同的實現方式，一是悲觀鎖即讀加共享鎖，寫加排它鎖，這種方式並發程度低；二是樂觀鎖即MVCC，它的優勢是不加鎖，使用undo log和視圖的概念實現，並發程度高
- 串行化：讀加共享鎖，寫加排他鎖，讀寫互斥
可以看到，隨着隔離級別的提高，假的鎖也更多，並發程度自然更低。實際應用時要根據業務需求，選擇最合適的隔離級別。
其實隔離性本質上就是解決兩個問題：
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(一個事務)寫操作對(另一個事務)寫操作的影響：只能通過鎖機制（當前讀，讀取最新數據）
-
(一個事務)寫操作對(另一個事務)讀操作的影響：目標就是不通過加鎖也能解決，目前最優解是MVCC（快照讀，不需要最新的數據）
2. 鎖的分類
接下來簡單介紹一下數據庫的鎖，可以從兩個維度進行分析：
一、從鎖范圍分，可以把鎖分為：全局鎖、表級鎖、行級鎖，鎖的精度逐漸增加，鎖精度越高，需要同時鎖住的數據越少，並發程度越高
二、從鎖的作用分，可以把鎖分為：共享鎖（其他鎖只能讀不能寫）、排他鎖（其他鎖不能讀也不能寫），很明顯，共享鎖的並發程度更高
3. MVCC的實現原理
主要依靠數據的隱藏列(也可以稱之為標記位)和 undo log。其中數據的隱藏列包括了該行數據的版本號、刪除時間、指向 undo log 的指針等等。當讀取數據時，MySQL 可以通過隱藏列判斷是否需要回滾並找到回滾需要的 undo log，從而實現 MVCC。
在InnoDB中，會在每行數據后添加兩個額外的隱藏的值來實現MVCC，這兩個值一個記錄這行數據何時被創建，另外一個記錄這行數據何時過期（或者被刪除）。 在實際操作中，存儲的並不是時間，而是事務的版本號，每開啟一個新事務，事務的版本號就會遞增。 在可重讀Repeatable reads事務隔離級別下：
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SELECT時，讀取創建版本號<=當前事務版本號，刪除版本號為空或>當前事務版本號。
- 1、InnoDB 只查找版本早於當前事務版本的數據行(也就是數據行的版本必須小於等於事務的版本)，這確保當前事務讀取的行都是事務之前已經存在的，或者是由當前事務創建或修改的行
- 2、行的刪除操作的版本一定是未定義的或者大於當前事務的版本號，確定了當前事務開始之前，行沒有被刪除
符合了以上兩點則返回查詢結果。
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INSERT時，保存當前事務版本號為行的創建版本號
- InnoDB 為每個新增行記錄當前系統版本號作為創建 ID。
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DELETE時，保存當前事務版本號為行的刪除版本號
- InnoDB 為每個刪除行的記錄當前系統版本號作為行的刪除 ID。
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UPDATE時，插入一條新紀錄，保存當前事務版本號為行創建版本號，同時保存當前事務版本號到原來刪除的行
這里簡單做下總結：
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insert 操作時 “創建時間”=DB_ROW_ID，這時，“刪除時間 ”是未定義的；
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update 時，復制新增行的“創建時間”=DB_ROW_ID，刪除時間未定義，舊數據行“創建時間”不變，刪除時間=該事務的 DB_ROW_ID；
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delete 操作，相應數據行的“創建時間”不變，刪除時間=該事務的 DB_ROW_ID；
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select 操作對兩者都不修改，只讀相應的數據
4. 可重復讀的實現
快照讀（MVCC）
當你執行 begin 開啟事務之后，MySQL 會拍下像下圖這樣的快照：
- 當讀取的記錄的事務版本號小於當前事務版本號，並且不再活躍事務中，說明修改該記錄的事務已經被提交，此記錄可讀
- 當讀取的記錄的事務版本號大號當前事務版本號，說明修改該記錄的事務已經未提交，此記錄不可讀，通過undo log往前找，直到找到第一個 trx_id 等於或者小於自己事務 ID 的記錄為止
當前讀（間隙鎖）
與其他數據庫，MySQL數據庫的可重復讀可以解決幻讀問題，原理就通過間隙鎖，為某行記錄添加行鎖時同時為附近的記錄也添加行鎖，雖然這種實現方式很多時候會鎖住不需要鎖的區間。如下所示：
5. 讀已提交的實現
得益於MVCC，讀已提交的隔離級別也可以通過undo log+視圖的機制實現，避免頻繁加鎖
具體的實現方式是每執行一個SQL都要重新創建視圖，根據視圖各變量和記錄事務ID判斷此記錄可不可讀
為什么要每條SQL都要重復創建視圖呢？因此讀已提交隔離級別下可以讀到其他事務已提交的事務，所以每條SQL執行前都要更新視圖中的活躍事務ID。
4、一致性（Consistency）
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）
可以說，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。
總結
本文從事務的四大特性出發，結合日志機制、鎖機制以及隔離級別，簡單梳理了事務四大特性ACID的實現原理以及它們之間的關系，其中最重要的是隔離性的實現，保護經典樂觀鎖MVCC以及視圖機制，希望能對你理解MySQL事務有一點幫助。
作者實力有限，若有錯誤之處，歡迎留言指出。最后祝大家中秋快樂！