跟面试官侃半小时MySQL事务，说完原子性、一致性、持久性的实现

提到MySQL的事务，我相信对MySQL有了解的同学都能聊上几句，无论是面试求职，还是日常开发，MySQL的事务都跟我们息息相关。

而事务的ACID（即原子性Atomicity、一致性Consistency、隔离性Isolation、持久性Durability）可以说涵盖了事务的全部知识点，所以，我们不仅要知道ACID是什么，还要了解ACID背后的实现，只有这样，无论在日常开发还是面试求职，都能无往而不利。

上一篇 跟面试官侃半小时MySQL事务隔离性，从基本概念深入到实现 主要围绕“隔离性”展开，从基本概念，到隔离性的实现，最后以一个实战案例进行融会贯通。本篇内容将介绍原子性、一致性、持久性相关实现，由于这部分内容可能很多人会相对陌生，因为日常业务开发可能不太会去接触和深究，但是了解完后，你对MySQL会有更深刻的认识。

1.基本概念

• 原子性。

整个事务是不可分割的最小单位，事务中任何一个语句执行失败，所有已经执行成功的语句也要回滚，整个数据库状态要恢复到执行事务前到状态。

• 一致性。

事务将数据库从一种状态转变为下一种一致的状态。在事务的前后，数据库的完整性约束没有被破坏。（事务的acid不是完全正交的，尤其是一致性，可能跟原子性、隔离性都有一定关系，后面会看到）

• 持久性。

事务一旦提交，那么就是永久性的，不会因为宕机等故障导致数据丢失（外力影响不保证，比如磁盘损害）。持久性是保证了数据库的高可靠性（High Reliability），而不是高可用性(Hign Availability)。高可用性并不能通过事务来保证。

2.持久性的实现

MySQL的innoDB存储引擎，使用Redo log保证了事务的持久性。

当事务提交时，必须先将事务的所有日志写入日志文件进行持久化，就是我们常说的WAL（write ahead log）机制（这个技术是保障持久性的关键技术，在HBase中也扮演重要角色，有兴趣的同学可以参考我之前关于HBase的文章）。这样才能保证断电或宕机等情况发生后，已提交的事务不会丢失，这个能力称为 crash-safe。

下面深入聊一聊redo log的机制，给大家更深刻的理解。

Redo log包括两部分，重做日志缓冲（redo log buffer）和重做日志文件（redo log file），前者是易失的缓存，后者是持久化的文件。

举一个事务的例子：

• 步骤1:begin;
• 步骤2:insert into t1 …r
• 步骤3:insert into t2 …
• 步骤4:commit;

这个事务的写入过程实际拆解如下：

innodb缓冲池的概念本文就不展开说明了，以后有机会可以展开说一下。

重点关注在这个事务提交前，将 redo log 的写入拆成了两个步骤，prepare 和 commit，这就是"两阶段提交”。

为什么要采用两阶段提交呢？

实际上，两阶段提交是分布式系统常用的机制。MySQL使用了两阶段提交后，也是为了保证事务的持久性。Redo log 和bingo 有一个共同的数据字段，叫 XID,崩溃恢复的时候，会按顺序扫描 redo log。

• 假设在写入binlog前系统崩溃，那么数据库恢复后顺序扫描 redo log，碰到只有 parepare、而没有 commit 的 redo log，就拿着 XID 去 binlog 找对应的事务，而且binlog也没写入，所以事务就直接回滚了。
• 假设在写入binlog之后，事务提交前数据库崩溃，那么数据库恢复后顺序扫描 redo log，碰到既有 prepare、又有 commit 的 redo log，就直接提交，保证数据不丢失。

这个事务要往两个表中插入记录，插入数据的过程中，生成的日志都得先写入redo log buffer ，等到commit的时候，才真正把日志写到 redo log 文件。（当然，这里不绝对，因为redo log buffer可能因为其他原因*刷新到redo log）。

而为了确保每次日志都能写入日志文件，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，确保写入了磁盘。

对于redo log的持久化，可以如下图所示。

1）先写入redo log buffer，在蓝色区域。

2）写入redo log file，但是还没有fsync，这时候是处于黄色的位置，处于系统缓存。

3）调用fsync，真正写入磁盘。

为了控制 redo log 的写入策略，InnoDB 提供了 innodb_flush_log_at_trx_commit 参数，它有三种可能取值：

• 设置为 0 的时候，表示每次事务提交时都只是把 redo log 留在 redo log buffer 中 ;
• 设置为 1 的时候，表示每次事务提交时都将 redo log 直接持久化到磁盘；
• 设置为 2 的时候，表示每次事务提交时都只是把 redo log 写到 page cache。

binlog的写入和redo log一样，也是包括bingo cache和bingo file，同样跟上面的三色层次类似（当然，binlog是server层的，不是存储引擎层的），包括log buffer、文件系统page cache、hard disk。

写入page cache 和 fsync到disk 的时机，是由参数 sync_binlog 控制的：

• sync_binlog=0 的时候，表示每次提交事务都只 写入文件系统的page cache，不 fsync；
• sync_binlog=1 的时候，表示每次提交事务都会执行 fsync；
• sync_binlog=N(N>1) 的时候，表示每次提交事务都写入文件系统的page cache，但累积 N 个事务后才 fsync。（如果主机发生异常重启，会丢失最近 N 个事务的 binlog 日志）

通常我们说 MySQL 的“双 1”配置，指的就是 sync_binlog 和 innodb_flush_log_at_trx_commit 都设置成 1。也就是说，一个事务完整提交前，需要等待两次刷盘，一次是 redo log（prepare 阶段），一次是 binlog。

特别需要区分的是，redo log和binlog的不同。这也是经常在面试中可能会问到的两种日志的差异。

注意有这么几点：

• 产生位置不同。

redo log是innodb的存储引擎产生的，而binlog是数据库的server层实现的。换句话说，如果你使用MySQL，换其他存储引擎，那么可能没有redo log，但是还是会有binlog。

• 日志记录的内容形式不同。

binlog是一种逻辑日志，记录对应的SQL语句，而redo log记录了物理日志，是针对每个数据页的修改。

• 日志写入磁盘时间不同。

binlog只有在事务提交后完成一次写入，对于一个事物而言，在binlog中只有一条记录。而redo log在事务进行中不断被写入，而且是并发写入的，不是顺序写入的。

• 保存方式不同。

redo log 是循环写的，空间固定会用完；binlog 是可以追加写入的。“追加写”是指 binlog 文件写到一定大小后会切换到下一个，并不会覆盖以前的日志。

3.原子性的实现

Undo log保证了事务的原子性。

在对数据库进行修改时，innoDB引擎除了会产生redo log，还会产生undo log。InnoDB实现回滚，靠的是undo log：当事务对数据库进行修改时，InnoDB会生成对应的undo log；如果事务执行失败导致事务需要回滚，就利用undo log中的信息将数据回滚到修改之前的样子。

有人认为undo log是redo log的逆过程，其实是不对的。两个日志文件其实都能看作是一种对数据的恢复操作，redo log恢复事务导致的数据页的修改，而undo log能够恢复数据记录到某个特定的版本。

所以redo log是一种物理日志（数据页的修改），而undo log是一种逻辑日志（数据记录）。

undo log还要另外一个重要作用，就是用于mvcc中，进行多版本控制，也就是实现事务隔离性的基础，当用户读取一行记录时，如果这个记录已接被其他事务占用，那么当前事务就可以通过undo读取之前的行版本信息，用来实现非锁定读取，就是“快照读”。（事务隔离性的问题，可以看我上一篇文章 跟面试官侃半小时MySQL事务隔离性，从基本概念深入到实现 ）。

4.一致性的实现

就像一开始在定义的时候介绍的，事务的ACID性质不是完全正交的，尤其是一致性，我们可以认为原子性、持久性和隔离性都是为了实现事务的一致性。

当然，这里的一致性是指数据库层面的事务一致性。

如果说你在应用层面做一个操作，给转账者扣钱，没给接收者加钱，那么这个不一致跟事务的不一致是没有关系的，需要开发人员自己做业务逻辑一致性的保证。

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