MySQL 事务原理 + ACID笔记

一、事务简介

事务（Transaction） 是一组数据库操作的逻辑单元，这些操作要么全部成功，要么全部失败。事务的核心是保证数据的完整性和一致性。

事务必须满足 ACID 四大特性：

• A（Atomicity，原子性）
• C（Consistency，一致性）
• I（Isolation，隔离性）
• D（Durability，持久性）

MySQL 事务的实现主要依赖 InnoDB 引擎，通过 日志 + 锁 + MVCC 来保证 ACID。

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二、ACID 四大特性及实现原理

1. A — 原子性（Atomicity）

定义：
事务是一个不可分割的整体，要么全部执行成功，要么全部回滚，不允许部分成功。

实现机制：Undo Log（回滚日志）

• 作用：记录数据被修改前的状态，用于回滚操作。

• 原理：

  1. 事务执行 UPDATE/DELETE/INSERT 时，会先记录修改前的旧值到 Undo Log。
  2. 如果事务失败或执行 ROLLBACK，通过 Undo Log 恢复到原始状态。

• 存储位置：系统表空间或独立的 Undo 表空间。

• 额外作用：Undo Log 也用于 MVCC 提供一致性读。

示例：

START TRANSACTION;
UPDATE account SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE account SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
ROLLBACK; -- 通过 Undo Log 回滚

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2. C — 一致性（Consistency）

定义：
事务执行前后，数据库必须从一个一致状态转换到另一个一致状态，不能违反完整性约束。

实现方式：

• 完整性约束（主键、外键、CHECK）
• 事务控制（失败时回滚）
• 双写缓冲（Double Write）：避免部分数据页损坏。

一致性不是单独依靠某个日志实现，而是 ACID 其他特性 + 约束机制共同保证的。

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3. I — 隔离性（Isolation）

定义：
多个事务并发执行时，它们的操作不能互相干扰。

实现机制：

• MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制）

  • 原理：

    • 每行数据有多个版本（由 Undo Log 记录）。
    • 事务读取数据时，通过 Read View 获取符合当前隔离级别的版本。

  • 适用于一致性读（普通 SELECT）。

• 锁机制

  • 行锁（Record Lock）
  • 间隙锁（Gap Lock）
  • Next-Key Lock（Record Lock + Gap Lock，防止幻读）

隔离级别及问题：

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
READ UNCOMMITTED	✅	✅	✅
READ COMMITTED	❌	✅	✅
REPEATABLE READ	❌	❌	✅（InnoDB 通过间隙锁避免）
SERIALIZABLE	❌	❌	❌

查看 & 设置隔离级别：

SELECT @@tx_isolation;
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

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4. D — 持久性（Durability）

定义：
事务提交后，修改的数据必须永久保存，即使系统宕机也能恢复。

实现机制：Redo Log（重做日志）+ WAL + Double Write

• Redo Log（InnoDB 专用）

  • 作用：记录事务对数据页的物理修改，用于崩溃恢复。

  • WAL（Write Ahead Logging）原则：先写日志，再写数据页。

  • 流程：

    1. 修改数据 → 写入 Buffer Pool。
    2. 生成 Redo Log（Prepare 阶段）。
    3. 提交事务，Redo Log 写入磁盘（Commit 阶段）。
    4. 异步将数据页刷盘。

• Double Write

  • 防止数据页写一半导致损坏。
  • 先写入 Double Write Buffer，再写到表空间。

• binlog（二进制日志）

  • 用于主从复制和恢复，不直接保证事务 ACID，但与 Redo Log 一起用于崩溃恢复。

参数：

SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_flush_log_at_trx_commit';

• 1：每次提交都刷盘，最安全。
• 2：写 OS 缓存，1 秒后刷盘，性能更好。
• 0：每秒刷盘，不推荐。

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三、MySQL 事务执行流程

SQL 执行 → 生成 Undo Log → 修改 Buffer Pool → 写 Redo Log (Prepare) → 写 binlog → Redo Log (Commit) → 刷盘

对应 ACID：

• A（原子性） → Undo Log
• C（一致性） → 约束 + 回滚 + Double Write
• I（隔离性） → MVCC + 锁
• D（持久性） → Redo Log + WAL

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四、Redo Log、Undo Log、binlog 区别

日志类型	作用	保证特性	内容
Undo Log	回滚、MVCC	原子性	修改前数据
Redo Log	崩溃恢复（物理日志）	持久性	数据页修改
binlog	主从复制、恢复	审计 & 恢复	逻辑操作

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五、面试高频问答

Q1：MySQL 如何保证事务的原子性？

• 通过 Undo Log，记录修改前的数据，用于回滚。

Q2：MySQL 如何保证持久性？

• Redo Log + WAL + Double Write，提交后即使宕机也能恢复。

Q3：MySQL 隔离性如何实现？

• MVCC + 锁。MVCC 处理一致性读，锁处理当前读。

Q4：Redo Log 和 binlog 区别？

• Redo Log：物理日志，InnoDB 专用，用于崩溃恢复。
• binlog：逻辑日志，所有引擎通用，用于主从复制和数据恢复。

Q5：事务提交的两阶段提交是什么？

• Prepare：Redo Log 写入磁盘（不可见）。
• Commit：binlog 写入磁盘后，再提交 Redo Log。

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六、关键 SQL & 配置

-- 查看隔离级别
SELECT @@tx_isolation;-- 设置隔离级别
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;-- 查看事务参数
SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_flush_log_at_trx_commit';
SHOW VARIABLES LIKE 'autocommit';

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七、图解

事务执行流程图：

Client SQL↓
生成 Undo Log（原子性）↓
修改 Buffer Pool↓
写 Redo Log (Prepare)↓
写 binlog↓
Redo Log (Commit)↓
刷盘（持久性）

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