4.2.3 MYSQL事务原理分析
文章目录
- 4.2.3 MYSQL事务原理分析
- 1. 事务
- 1. 前提：并发连接访问
- 2. 事务定义
- 3. 事务语句：
- 4. acid特性
- 5. undolog-回滚日志
- 6. redolog-重做日志
- 2. 隔离级别
- 1. 四种隔离级别
- 2. 并发问题解释
- 3. 隔离级别设置
- 3. MVCC(Multiversion Concurrency Control，多版本并发控制)（重点）
- 1. read view
- 2. 不同隔离级别下MVCC行为
- 3. 快照读 VS 当前读
- 4. redo/undo
- 4. 锁
- 1. 锁的粒度
- 2. 锁类型
- 1. 全局锁
- 2. 表级锁
- 3. 行级锁
- 3. 锁的算法
- 5. 死锁
- 1. 相反加锁顺序死锁
- 2. 锁冲突死锁
- 3. 查看死锁
- 3. 如何避免死锁
4.2.3 MYSQL事务原理分析
1. 事务
1. 前提：并发连接访问
在数据库中，多个连接同时访问（并发），容易引发数据混乱，需要事务来保证操作的完整性和正确性
2. 事务定义
是用户定义一系列操作，这些操作要不然都做，要不然都不做，不可分割，告诉mysql这是不可分割的一系列整体
3. 事务语句：
-- 显示开启事务
START TRANSACTION
-- 提交事务，并使得已对数据库做的所有修改持久化
COMMIT
-- 回滚事务，结束用户的事务，并撤销正在进行的所有未提交的修改
ROLLBACK
-- 创建一个保存点，一个事务可以有多个保存点
SAVEPOINT identifier
-- 删除一个保存点
RELEASE SAVEPOINT identifier
-- 事务回滚到保存点
ROLLBACK TO [SAVEPOINT] identifier
4. acid特性
| 特性 | 解释 | 备注 |
|---|---|---|
| A - Atomicity（原子性） | 事务中的操作要么全部成功，要么全部失败 | 通过 undo log 支持回滚 |
| C - Consistency（一致性） | 事务执行前后，数据保持一致 | 依靠约束、外键等规则 |
| I - Isolation（隔离性） | 多个事务之间互不干扰 | MVCC支持非锁定一致性读 |
| D - Durability（持久性） | 提交后的数据永久保存，即使系统宕机 | 依靠 redo log |
5. undolog-回滚日志
- 用于回滚数据
- 当事务执行过程中出现错误或被用户取消，undo log 记录修改前的旧值，可以通过它恢复原状
- 存在于 InnoDB 引擎中
6. redolog-重做日志
- 用于恢复数据
- 事务提交前，会先把修改写入 redo log，防止崩溃丢失
- 提交时再持久化到磁盘数据页，确保事务的持久性（D）
- InnoDB 特有，保证即使宕机也能恢复到提交状态
2. 隔离级别
- 并发访问时，如果没有控制好，事务之间互相干扰，可能会产生各种脏读、不可重复读、幻读等问题。
- 隔离级别就是用来平衡：并发性能 vs. 数据正确性（隔离得越严格，性能越低，但数据越安全）
1. 四种隔离级别
| 隔离级别 | 描述 | 可能出现的问题 |
|---|---|---|
| READ UNCOMMITTED（读未提交） | 可以读到别的事务未提交的数据 | 脏读、不可重复读、幻读 |
| READ COMMITTED（读已提交） | 只能读到别的事务已提交的数据 | 不可重复读、幻读 |
| REPEATABLE READ（可重复读）（MySQL默认） | 同一事务中，多次读取同一数据结果一致 | 幻读（MySQL用Gap锁避免了） |
| SERIALIZABLE（可串行化） | 强制事务串行执行，完全隔离 | 无任何并发问题，但性能最低 |
2. 并发问题解释
- 脏读：读到了未提交事务修改的数据。
- 不可重复读：同一事务中两次读到的数据不一样（因为别的事务提交了修改）。
- 幻读：同一事务中，查询时发现新增了数据行
3. 隔离级别设置
-- 查看当前隔离级别
SELECT @@tx_isolation;--临时修改当前会话隔离级别（只影响当前连接）
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;--修改全局隔离级别（需要重启或新连接生效）
SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;3. MVCC(Multiversion Concurrency Control，多版本并发控制)（重点）
-
提高并发性能，保证读一致性（不加锁也能读到合理数据）。用来实现一致性的非锁定读；非锁定读是指不需要等待访问的行上X锁的释放
-
原理：对每条记录保存多个版本（通过undo log），不同事务读取时根据自己的Read View判断可见性
1. read view
| 项目 | 作用 |
|---|---|
| m_ids | 当前活跃的事务ID集合（还未提交的事务） |
| min_trx_id | 当前活跃事务中最小的事务ID |
| max_trx_id | 下一个即将分配的事务ID |
| creat_trx_id | 每一行数据的创建事务ID（trx_id字段） |
- trx_id < min_trx_id ；说明该记录在创建 read_view 之前已经提交，所以对当前事务可见；
- trx_id >= max_trx_id ；说明该记录是在创建 read_view 之后启动事务生成的，所以对当前事务
不可见； - min_trx_id <= trx_id < max_trx_id ；此时需要判断是否在 m_ids 列表中；
- 在列表中；生成该版本记录的事务仍处于活跃状态，该版本记录对当前事务不可见；
- 不在列表中；生成该版本记录的事务已经提交，该版本记录对当前事务可见；
2. 不同隔离级别下MVCC行为
在 read committed 和 read repeatable 隔离级别下，MVCC 采用 read view 来实现的，它们的区别在于创建 read view 时机不同
| 隔离级别 | MVCC处理 | 说明 |
|---|---|---|
| READ COMMITTED（读已提交） | 每次查询都生成新的 Read View | 读到别人刚提交的数据（变化的快照） |
| REPEATABLE READ（可重复读） | 整个事务期间共用同一个 Read View | 保证事务内读到的数据不变 |
3. 快照读 VS 当前读
| 类型 | 说明 | 举例 |
|---|---|---|
| 快照读（Snapshot Read） | 非锁定读，走MVCC快照 | SELECT * FROM table WHERE id = 1; |
| 当前读（Current Read） | 加锁读，拿最新版本 | SELECT * FROM table WHERE id = 1 FOR UPDATE; |
4. redo/undo
| 日志 | 作用 | 何时使用 |
|---|---|---|
| Redo Log | 用来恢复已提交事务的修改（崩溃恢复） | crash后根据redo log恢复 |
| Undo Log | 保存数据的旧版本，供回滚或MVCC快照读使用 | 回滚或快照读时用 |
undo log 会随着事务提交后被清理掉（并不是永久保存）
4. 锁
在 MySQL 中，锁是并发控制的核心机制，主要包括不同粒度的锁（行、页、表）和不同类型的锁（共享锁、排他锁、意向锁等）。
1. 锁的粒度
MySQL 中事务使用的是粒度锁（Granular Locking），主要体现在以下三个层次：
- 表级锁（Table-Level Lock）：作用于整张表，开销小，加锁快，但并发性低。
- 页级锁（Page-Level Lock）：作用于数据页（主要用于 MyISAM 的索引缓存，InnoDB 不使用）。
3。 行级锁（Row-Level Lock）：作用于某一行记录，开销大，加锁慢，但并发性好，InnoDB 支持。
2. 锁类型
1. 全局锁
- 全局只读锁：使用 FLUSH TABLES WITH READ LOCK，可用于做一致性备份，防止其他事务对数据进行修改。
- 全局写锁：使用 LOCK TABLES，可用于做表结构变更。
注意：
- 全局锁会锁定整个数据库，其他事务无法进行读写操作。
2. 表级锁
- 意向共享锁（IS Lock）：事务打算对表中某些记录加共享锁
- 意向排他锁（IX Lock）：事务打算对表中某些记录加排他锁
意向锁不会阻塞其他意向锁，但会与表级的共享或排他锁发生冲突
3. 行级锁
- 共享锁（S Lock）：又称读锁，允许其他事务也获得该行的共享锁（读读并发）
- 排他锁（X Lock）：又称写锁，阻止其他事务获得该行的任何锁（独占写）
InnoDB 使用MVCC + 行锁结合实现高并发控制
3. 锁的算法
InnoDB 使用多种行锁算法来保证事务隔离性
- 记录锁（Record Lock）
定义：锁定索引上的某一行记录。
作用：防止其他事务对该记录进行修改或删除。
示例：
SELECT * FROM user WHERE id = 5 FOR UPDATE;
若 id 有索引，这条语句会对 id=5 的那一条记录加记录锁
- 间隙锁（Gap Lock）
定义：锁定某一范围之间的间隙，不锁定已有记录。
作用：防止其他事务在该范围内插入新记录，避免“幻读”。
特点：仅适用于 范围查询，例如 <, >, BETWEEN。
示例：
SELECT * FROM user WHERE id < 5 FOR UPDATE;
会锁住 (5, ∞) 范围的间隙，阻止插入 id > 5 的新记录。
- 临键锁（Next-Key Lock）
定义：记录锁 + 前一个间隙锁的组合。
作用：锁定某一条记录及其前面的间隙。
目的：在可重复读（RR）隔离级别下防止幻读。
示例：
SELECT * FROM user WHERE id BETWEEN 5 AND 10 FOR UPDATE;
会加多个临键锁，如：
(4, 5]，锁住 id=5
(5, 6]，锁住 id=6
…
(9, 10]，锁住 id=10
5. 死锁
死锁是指两个或多个事务在执行过程中因争夺资源而互相等待，导致程序无法继续执行下去的现象。在 InnoDB 中，死锁一旦被检测到，会自动回滚其中一个事务来解除死锁
1. 相反加锁顺序死锁
两个事务以不同顺序获取相同资源，互相等待对方释放。
示例：
-- 事务A
LOCK row 1;
LOCK row 2;-- 事务B
LOCK row 2;
LOCK row 1; -- 等待A释放，造成死锁
2. 锁冲突死锁
一个事务未能及时释放锁，另一个事务等待同一资源，导致互相阻塞。常见于高并发写操作 + 高隔离级别（如可重复读）
解决建议：
- 降低隔离级别至 Read Committed，避免不必要的间隙锁。
- 减小锁粒度，避免大范围更新或范围查询
3. 查看死锁
SHOW ENGINE INNODB STATUS; -- 查看死锁信息SELECT * FROM information_schema.INNODB_LOCKS;-- 查看当前锁信息
SELECT * FROM information_schema.INNODB_LOCK_WAITS;3. 如何避免死锁
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| 统一加锁顺序 | 所有事务访问资源时使用一致的顺序加锁，避免环形等待 |
| 控制事务粒度与范围 | 缩小每个事务锁定的数据范围和执行时间 |
| 减少范围查询 | 减少 BETWEEN / < / > 查询，避免间隙锁干扰 |
| 合理设置索引 | 避免全表扫描导致不必要的行锁或表锁 |
| 设置死锁重试机制（代码层） | 捕获错误码 1213，程序自动重试一次事务操作 |
| 适当降低隔离级别 | 如使用 Read Committed 替代 Repeatable Read |