一、认识事务

InnoDB储存引擎中的事务完全符合ACID的特性。ACID是以下4个词的缩写：

• 原子性（Atomicity）：一个事务必须被视为一个不可分割的最小工作单元，整个事务中的所有操作要么全部提交成功，要么全部失败回滚。
• 一致性（consistency）：数据库总是从一个一致性的状态转换到另一个一致性的状态。（其实原子性和隔离性间接的保证了一致性）
• 隔离性（isolation）：通常来说，一个事务所做的修改在最终提交以前，对其他事务是不可见的。
• 持久性（durability）：一旦事务提交，则其所做的修改就会永久保存到数据库中。

而我们最常说的隔离性其实有对应的隔离级别，MySQL规定的隔离级别有4种，分别是：

• READ UNCOMMITTED（读未提交）：在此级别里，事务的修改，即使没有提交，对其他事务也都是可见的。事务可以读取未提交的数据，也就是会产生脏读，在实际应用中一般很少使用。
• READ COMMITTED（读已提交）：大多数数据库系统的默认隔离级别都是它，但是MySQL不是。它能够避免脏读问题，但是在一个事务里对同一条数据的多次查询可能会得到不同的结果，也就是会产生不可重复读问题。
• REPEATABLE READ（可重复读）：该隔离级别是MySQL默认的隔离级别，看名字就知道它能够防止不可重复读问题，但是在一个事务里对一段数据的多次读取可能会导致不同的结果，也就是会有幻读的问题（注：这里说的无法解决是MySQL定义层面，对于InnoDB引擎则完美的解决了幻读的问题，如果你正在使用InnoDB引擎，可忽略）
• SERIALIZABLE（可串行化）：该隔离级别是级别最高的，它通过锁来强制事务串行执行，避免了前面说的所有问题。在高并发下，可能导致大量的超时和锁争用问题。实际应用中也很少用到这个隔离级别，因为RR级别解决了所有问题。
  可以看到隔离级别里最重要的只有两个隔离级别：RC和RR。

二、事务的实现

事务隔离性由锁来实现。原子性、持久性、一致性通过数据库的redo log和undo log来完成。

redo log称为重做日志，用来保证事务的原子性和持久性。undo log用来保证事务的一致性。

redo和undo的作用都可以视为是一种恢复操作，redo恢复提交事务修改的页操作，而undo回滚行记录到某个特定版本。因此两者记录的内容不同，redo通常是物理日志，记录的是页的物理修改操作。undo是逻辑日志，根据每行记录进行记录。

1、redo

基本概念

重做日志用来实现事务的持久性，即事务ACID中的D。其由两部分组成：一是内存中的重做日志缓冲（redo log buffer），其是易失的；二是重做日志文件（redo log file），其是持久的。

InnoDB是事务的存储引擎，其通过Force Log at Commit机制实现事务的持久性，即当事务提交时，必须先将该事务的所有日志写入到重做日志文件进行持久化，待事务的COMMIT操作完成才算完成。redo log基本上都是顺序写的，在数据库运行时不需要对redo log的文件进行读取操作。而undo log是需要随机读写的。

为了确保每次日志都写入重做日志文件，在每次重做日志缓冲写入重做日志文件后，InnoDB都需要调用一次fsync操作。 由于重做日志文件打开并没有使用O_DIRECT选项，因此重做日志缓冲先写入文件系统缓存。为了确保重做日志写入磁盘，必须进行一次fsync操作。由于fsync的效率取决于磁盘的性能，因此磁盘的性能决定了事务提交的性能，也就是数据库的性能。

InnoDB允许用户手工设置非持久化的情况发生，以此提高数据库的性能。即当事务提交时，日志不写入重做日志文件，而是等待一个时间周期后再执行fsync操作。但宕机会丢失一部分数据。

参数innodb_flush_log_at_trx_commit用来控制重做日志刷新到磁盘的策略。默认值是1，表示事务提交时必须调用一次fsync操作， 0表示事务提交时不进行写入重做日志操作，这个操作仅在master thread中完成，而在master thread中每1s会进行一次重做日志文件的fsync操作。2表示事务提交时将重做日志写入重做日志文件，但仅写入缓存，不进行fsync操作。

在 MySQL数据库中还葙一种二进制日志（binlog)，其用来进行POINT-IN-TIME
(PIT)的恢复及主从复制（Replication)环境的建立。从表面上看其和重做日志罪常相似，都是记录了对干数据库操作的日志。然而，从本质上来看，两者有着非常大的不同。

首先，重做日志是在InnoDB存储引擎层产生，而二进制日志是在MySQL数据库的上层产生的，并且二进制日志不仅仅针对于InnoDB存储引擎，MySQL数据库中的任何存储引擎对于数据库的更改都会产生二进制日志。

其次，两种日志记录的内容形式不同。MySQL数据库上层的二进制日志是一种逻辑日志，其记录的是对应的SQL语句。而InnoDB存引擎层面的重做日志是物理格式日志，其记录的是对于每个页的修改。

此外，两种日志记录写入磁盘的时间点不同，如图7-6所示。二进制日志只在事务提交完成后进行一次写入。而InnoDB存储引擎的重做日志在事务进行中不断地被写入,这表现为日志并不是随事务提交的顺序进行写入的。

从图7-6中可以看到，二进制日志仅在事务提交时记录，并且对于每一个事务，仅包含对应亊务的一个日志。而对于InnoDB存储引擎的重做日志，由于其记录的是物理操作日志，因此每个事务对应多个日志条目，并且事务的重做日志写人是并发的，并非在事务提交时写人，故其茌文件中记录的顺序并非是事务开始的顺序。*T1、*T2、*T3表示的是事务提交时的日志。

log block

在InnoDB存储引擎中，重做日志都是以512字节进行存储的。这意味着重做日志缓存、重做日志文件都是以块（block)的方式进行保存的，称之为重做日志块（redo log block),每块的大小为512字节。

若—个页中产生的重做日志数置大于512字节，那么需要分割为多个重做日志块进行存储。此外，由于重做日志块的大小和磁盘扇区大小一样，都是512字节，因此重做日志的写入可以保证原子性，不需要doublewrite技术。

2、undo

基本概念

重做日志记录了事务的行为，可以很好地通过其对页进行“重做”操作。但是事务有时还需要进行回滚操作，这时就需要undo。因此在对数据库进行修改时，InnoDB存储引擎不但会产生redo,还会产生一定量的undo。这样如果用户执行的事务或语句由于某种原因失败了，又或者用户用一条ROLLBACK语句请求回滚，就可以利用这些undo信息将数据回滚到修改之前的样子。

redo存放在重做日志文件中，与redo不同，undo存放在数据库内部的一个特殊段(segment)中，这个段称为undo段（ undo segment)。undo段位于共享表空间内。可以通过py_innodb_page_info.py 工具来查看当前共草表空间中undo的数量。

除了回滚操作,undo的另一个作用是 MVCC,即在InnoDB存储引擎中 MVCC的实现是通过undo来完成。当用户读取一行记录时，若该记录已经被其它事务占用，当前事务可以通过undo读取之前的行版本信息，以此实现非锁定读取。

最后也是最为重要的一点是， undo log会产生redo log,也就是 undo log的产生会伴随着redo log的产生，这是因为undo log也需要持久性的保护。

此外，若为每一个事务分配一个单独的undo页会非常浪费存储空间，特别是对于OLTP的应用类型。因为在事务提交时，可能并不能马上释放页。假设某应用的删除和更细操作的TPS (transaction per second)为1000，为每个事务分配一个undo页，那么一分钟就需要1000*60个页，大约需要的存储空间为1GB。若每秒的purge页的数量为20,这样的设计对磁盘空间有着相当高的要求。因此，在InnoDB存储引擎的设计中对undo页可以进行重用。
具体来说，当事务提交时，首先将undo log放人链表中，然后判断undo页的使用空间是否小于3/4,若是则表示该undo页可以被重用，之后新的undo log记录在当前undo log的后面。由于存放undo log的列表是以记录进行组织的，而undo页可能存放着不同事务的undo log，因此purge操作需要涉及磁盘的离散读取操作，是一个比较缓慢的过程。

3、purge

delete和update操作可能并不直接删除原有的数据。例如，对上一小节所产生的表t执行如下的SQL语句：

DELETE FROM t WHERE a=1;

表 t上 列 a有聚集索引，列 b上有辅助索引。对于上述的 delete操作，通过前面关于undo log的介绍已经知道仅是将主键列等于1的记录delete flag设置为1，记录并没有被删除，即记录还是存在于 B+树中。其次，对辅助索引上 a等于1， b等于1的记录同样没有做任何处理，甚至没有产生undo log。而真正删除这行记录的操作其实被“延时”了，最终在purge操作中完成。

purge用于最终完成delete和update操作。这样设计是因力InnoDB存储引擎支持MVCC，所以记录不能在事务提交时立即进行处理。这时其他事物可能正在引用这行，故 InnoDB存储引擎需要保存记录之前的版本„而是否可以刪除该条记录通过purge来进行判断。若该行记彔已不被任何其他事务引用，那么就可以进行真正的delete操作。

可见，purge操作是清理之前的delete和update操作，将上述操作“最终”完成。而实际执行的操作为delete操作，清理之前行记彔的版本。

本文整理自：《MySQL技术内幕 InnoDB存储引擎》

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