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【MySQL—原理】事务

互联网 diligentman 1周前 (01-10) 9次浏览

事务可由一条非常简单的SQL语句组成,也可以由一组复杂的SQL语句组成。事务是访问并更新数据库中各种数据项的一个程序执行单元。在事务中的操作,要么都做修改,要么都不做,这就是事务的目的,也是事务模型区别与文件系统的重要特征之一。

事务的ACID特性

理论上说,事务有着极其严格的定义,它必须同时满足四个特性,即通常所说的事务的ACID特性。值得注意的是,虽然理论上定义了严格的事务要求,但是有些数据库厂商出于各种目的,并没有严格去满足事务的ACID标准。

A(Atomicity),原子性。原子性指整个数据库事务是不可分割的工作单位,只有事务中所有的数据库操作都执行成功,才算整个事务成功。事务中任何一个SQL语句执行失败,已经执行成功的SQL语句也必须撤销,数据库状态应该退回到执行事务前的状态。

C(consistency),一致性。一致性主要是指对数据有特定的预期状态,事务中对任何数据的更改都必须满足这些状态约束(或者恒等条件)。在事务开始之前和事务结束以后,数据的完整性没有被破坏。

I(isolation),隔离性。事务的隔离性要求每个读写事务的对象对其他事务的操作对象能相互分离,即该事务提交前对其他事务都不可见,通常这使用锁来实现。

D(durability),持久性。事务一旦提交,其结果就是永久性的。即使发生宕机等故障,数据库也能将数据恢复。

原子性、隔离性和持久性是数据库自身的属性,而一致性更多是应用层的属性。应用程序可能借助数据库提供的原子性和隔离性,来达到一致性,但一致性本身并不源于数据库。因此,字母C其实并不应该属于ACID。

事务分类

从事务理论的角度来说,可以把事务分为以下几种类型:

  • 扁平事务(Flat Transactions)
  • 带有保存点的扁平事务(Flat Transactions with Savepoints)
  • 链事务(Chained Transactions)
  • 嵌套事务(Nested Transactions)
  • 分布式事务(Distributed Transactions)

扁平事务(Flat Transaction)是事务类型中最简单的一种,但在实际生产环境中,这可能是使用最为频繁的事务。在扁平事务中,所有操作都处于同一层次,其由BEGIN WORK开始,由COMMITWORK或ROLLBACK WORK结束,其间的操作是原子的,要么都执行,要么都回滚。

带有保存点的扁平事务(Flat Transactions with Savepoint),除了支持扁平事务支持的操作外,允许在事务执行过程中回滚到同一事务中较早的一个状态。这是因为某些事务可能在执行过程中出现的错误并不会导致所有的操作都无效,放弃整个事务不合乎要求,开销也太大。保存点(Savepoint)用来通知系统应该记住事务当前的状态,以便当之后发生错误时,事务能回到保存点当时的状态。

保存点用SAVE WORK函数来建立,通知系统记录当前的处理状态。当出现问题时,保存点能用作内部的重启动点,根据应用逻辑,决定是回到最近一个保存点还是其他更早的保存点。

链事务(Chained Transaction)可视为保存点模式的一种变种。带有保存点的扁平事务,当发生系统崩溃时,所有的保存点都将消失,因为其保存点是易失的(volatile),而非持久的(persistent)。

链事务的思想是:在提交一个事务时,释放不需要的数据对象,将必要的处理上下文隐式地传给下一个要开始的事务。注意,提交事务操作和开始下一个事务操作将合并为一个原子操作。这意味着下一个事务将看到上一个事务的结果,就好像在一个事务中进行的一样。

链事务与带有保存点的扁平事务不同的是,带有保存点的扁平事务能回滚到任意正确的保存点。而链事务中的回滚仅限于当前事务,即只能恢复到最近一个的保存点。对于锁的处理,两者也不相同。链事务在执行COMMIT后即释放了当前事务所持有的锁,而带有保存点的扁平事务不影响迄今为止所持有的锁。

嵌套事务(Nested Transaction)是一个层次结构框架。由一个顶层事务(top-level transaction)控制着各个层次的事务。顶层事务之下嵌套的事务被称为子事务(subtransaction),其控制每一个局部的变换。

分布式事务(Distributed Transactions)通常是一个在分布式环境下运行的扁平事务,因此需要根据数据所在位置访问网络中的不同节点。

对于InnoDB存储引擎来说,其支持扁平事务、带有保存点的事务、链事务、分布式事务。对于嵌套事务,其并不原生支持。

事务的实现

事务隔离性由锁来实现,原子性、持久性通过数据库的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称为回滚日志,用来帮助事务回滚及MVCC的功能。

有的DBA或许会认为undo是redo的逆过程,其实不然。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

redo

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(COMMIT)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。在InnoDB存储引擎中,有关事务的日志由两部分组成,即redo log和undo log。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是需要进行随机读写的。

为了确保每次日志都写入重做日志文件,在每次将重做日志缓冲写入重做日志文件后,InnoDB存储引擎都需要调用一次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。

参数innodb_flush_log_at_trx_commit用来控制重做日志刷新到磁盘的策略。该参数的默认值为1,表示事务提交时必须调用一次fsync操作。还可以设置该参数的值为0和2。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1秒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,但仅写入文件系统的缓存中,不进行fsync操作。在这个设置下,当MySQL数据库发生宕机而操作系统不发生宕机时,并不会导致事务的丢失。而当操作系统宕机时,重启数据库后会丢失未从文件系统缓存刷新到重做日志文件那部分事务。

虽然用户可以通过设置参数innodb_flush_log_at_trx_commit为0或2来提高事务提交的性能,但是需要牢记的是,这种设置方法丧失了事务的ACID特性。

在MySQL数据库中还有一种二进制日志(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非常相似,都是记录了对于数据库操作的日志。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语句或者对行的逻辑修改。而InnoDB存储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。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。


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