MySQL - 事务原理

一、概述

1.1 什么是事务？

事务是一组操作的集合，它是一个不可分割的工作单位，事务会把所有的操作作为一个整体一起向系统提交或撤销操作请求，即这些操作：要么同时成功，要么同时失败

1.2 事务的特性：ACID

• 原子性（Atomicity）：事务是不可分割的最小操作单元，要么全部成功，要么全部失败
• 一致性（Consistency）：事务完成时候，必须使所有的数据都保持一直状态
• 隔离性（Isolation）：数据库系统提供的隔离机制，保证事务在不受外部并发操作影响的独立环境下运行
• 持久性（Durability）：事务一旦提交或回滚，它对数据库中的数据的改变就是永久的

1.3 事务四大特性的实现

原子性/一致性/持久性：通过Redo Log和Undo Log实现
隔离性：通过锁+MVCC实现

二、Redo Log（重做日志）

Redo Log主要用来实现四大特性中的"持久性"

重做日志，记录的是事务提交时数据页的物理修改，该日志文件由两部分组成：重做日志缓冲（redo log buffer）以及重做日志文件（redo log file），前者是在内存中，后者在磁盘中，当事务提交之后会把所有修改信息都存到该日志文件中，用于在刷新脏页到磁盘，发生错误时，进行数据恢复使用

1. 客户端发起UPDATE/DELETE请求到InnoDB存储引擎 Buffer Pool缓冲池
2. 判断缓冲池中是否存在数据，如果有，则直接进行修改，如果没有，则通过后台线程读取磁盘中的数据文件到缓冲池
3. 在缓冲池直接进行SQL操作，这时候Buffer Pool中是更新好的数据，数据文件中是老的数据，我们称Buffer Pool中的页为脏页
4. 将增删改的数据现记录到Redo Log Buffer中，里面记录的是数据页的物理变化
5. 事务提交时，将Redo Log Buffer中的变化刷新到磁盘当中，生成Redo Log日志文件
6. 过一定时间，进行脏页刷新

2.1 Redo Log的实现

• 物理日志： Redo Log 是物理日志，记录的是物理数据页的更改，而不是 SQL 操作或逻辑操作。它记录了数据库物理块的变更，比如某个数据页上某条记录的修改。
• WAL（Write-Ahead Logging）机制： InnoDB 采用 WAL 机制，即先写日志，再写磁盘。每次事务提交时，InnoDB 会将 Redo Log 先写入磁盘，而后再慢慢将实际修改的数据写入磁盘。
• 循环写机制： Redo Log 采用固定大小的循环写机制。当日志写满时，会从头开始重新写。因此，在系统运行时，InnoDB 会定期将日志应用到数据页，并将脏页（即被修改但还未写入磁盘的数据页）刷新到磁盘。

2.2 为什么要先把Redo Log刷新到磁盘当中？

分为两种场景：
场景一：如果过一定时间在刷新脏页，如果刷新失败，则无法保证数据的持久性
场景二：如果每次写入都直接刷新到磁盘，这样存在严重的性能问题

如果直接刷新，涉及大量的随机磁盘IO，性能比较低，如果用到Redo Log，不会直接刷新脏页，Redo Log日志文件是追加写入，顺序磁盘IO

2.3 Redo Log的使用场景

• 崩溃恢复： 当数据库崩溃后，通过重启，MySQL 可以根据 Redo Log 恢复所有已提交的事务。这是 MySQL 保证事务持久性的关键机制。
• 提高性能： 因为 Redo Log 可以先于数据页写入磁盘，数据库无需每次事务提交时都立即写入数据页，从而显著提高了写操作的性能。数据页的写入可以在稍后的时间由后台线程异步完成。

三、Undo Log（回滚日志）

Undo Log主要用来实现四大特性中的"原子性"

回滚日志，用于记录数据被修改前的信息，作用包含两个：提供回滚和MVCC（多版本并发控制），undo log和redo log记录物理日志不一样，它是逻辑日志

undo log销毁： undo log在事务执行时产生，事务提交时，并不会立即删除undo log，因为这些日志可能还用于MVCC
undo log存储： undo log采用段的方式进行管理和记录，存存放在前面介绍的rollback segment回滚段中，内部包含1024个undo log segment

3.1 Undo Log的实现

• 逻辑日志： Undo Log是一种逻辑日志，记录的是逻辑上的修改操作，它并不会直接记录每次操作的物理存储修改，而是记录修改前的数据
• 链表结构： InnoDB存储引擎会为每条记录维护一条Undo Log记录，并以链表的方式串联起来，如果事务需要回滚，MySQL会沿着Undo Log链表进行逐条回滚，直至恢复到事务开始时的状态
• Undo Log记录类型：
  • 对于INSERT操作： Undo Log记录的是“删除”操作，因为如果事务回滚，需要撤销插入的数据
  • 对与DELETE操作： Undo Log记录的是“插入”操作，用来恢复被删除的数据
  • 对于UPDATE操作： Undo Log记录的是修改前的旧值，用来恢复原来的值

3.2 使用场景

• 事务回滚： 当事务执行失败或用户显式要求回滚时，Undo Log 会将所有修改的数据恢复到事务开始前的状态
• MVCC（多版本并发控制）： Undo Log 也用于实现 MVCC 机制，不同事务可能在不同时间看到不同版本的数据，这些版本的数据就是由 Undo Log 提供的。这样，未提交的事务修改对其他事务是不可见的，帮助实现隔离性

四、Redo Log和Undo Log的区别