MySQL怎么实现原子性的流程详解(以UPDATE为例)

目录

• 前言
• 一、原子性的定义
• 二、实现原子性的核心技术
• 2.1. Undo Log（回滚日志）
• 2.2 事务提交与回滚机制
• 2.3. 崩溃恢复（Crash Recovery）
• 三、原子性的实现流程（以 UPDATE 为例）
• 四、关键设计与优化
• 五、原子性与其他 ACID 属性的协作
• 六、验证原子性的示例
• 七、总结

前言

首先，应该想到InnoDB存储引擎，因为它是mysql默认支持事务的引擎。MyISAM不支持事务，所以可能不适用。实现原子性关键在于Undo log，Undo log记录了SQL执行之前的状态，以便回滚恢复数据。

另外，事务的提交和回滚机制也很重要。当用户执行一个事务时，所有的修改操作会先记录到undo log中，如果事务成功提交，这些修改才会被持久化到磁盘；如果事务回滚，系统会利用undo log将数据恢复到事务开始前的状态。

还需要考虑redo log，虽然redo log主要是保证持久性，但它在事务提交时也起到关键作用，确保即使系统崩溃，已提交的事务修改也不会丢失。但现在问题是原子性，所以可能更侧重于undo log和事务的回滚机制。

还有一方面，锁机制也可能有关联。比如，在事务执行期间，相关的数据会被加锁，防止其他事务干扰，这有助于保证事务的原子性，因为在一个事务未完成前，其他事务不能修改相同的数据，从而避免中间状态被看到。

undo的工作流程大致为，当事务开始时，InnoDB会生成一个undo log记录旧值。如果在事务中执行了INSERT、UPDATE或DELETjsE操作，这些操作的反向操作会被记录到undo log中。如果事务需要回滚，就利用这些undo log来撤销更改。

还有一个点是，原子性不仅包括回滚，还包括提交时的原子性。在提交时，所有修改必须一次性写入到redo log和binlog中，确保即使系统崩溃，也能通过日志恢复事务的状态。这里可能涉及到两阶段提交（2PC）协议，协调redo log和binlog的写入，保证两者的日志一致性，从而确保事务的原子性。

在此之前必须了解原子性的基本概念。

总结一下，MySQL实现原子性的关键点包括：undo log记录修改前的数据状态，用于回滚；事务提交时的两阶段提交机制，确保日志的原子性写入；以及锁机制保证事务执行期间的隔离性，间接支持原子性。

MySQL 通过 Undo Log（回滚日志）、事务提交机制 和 InnoDB 存储引擎的原子性设计 来实现事务的原子性，确保事务中的操作要么全部成功，要么全部回滚。下面章节是具体实现原理。

一、原子性的定义

原子性（Atomicity）要求事务是一个不可分割的操作单元，事务中的操作要么全部成功提交，要么全部失败回滚，不会停留在中间状态。

二、实现原子性的核心技术

2.1. Undo Log（回滚日志）

• 作用：记录事务修改前的数据状态，用于事务回滚。

• 实现细节：

  • 每个事务开始时，InnoDB 会为其生成一个 Undo Log Segment。
  • 对数编程客栈据的增删编程客栈改操作（INSERT/DELETE/UPDATE）会先记录到 Undo Log 中：
    • INSERT：记录新插入数据的主键，回滚时根据主键删除。
    • DELETE：记录删除前的完整数据，回滚时重新插入。
    • UPDATE：记录修改前的旧值，回滚时恢复旧值。

• 生命周期：

  • 事务提交后，Undo Log 不会立即删除，而是等待可能存在的其他事务（如 MVCC 读）不再需要时，由后台线程清理。

2.2 事务提交与回滚机制

• 事务提交（Commit）：
  • 将事务的所有修改写入内存中的 Buffer Pool。
  • 将修改的 Redo Log（重做日志）写入磁盘（innodb_flush_log_at_trx_commit=1 时强制刷盘）。

    标记事务为已提交，释放相关锁资源。

• 事务回滚（Rollback）：
  • 根据 Undo Log 中的记录反向执行操作（如删除新增数据、恢复旧值）。
  • 清理事务相关的锁和 Undo Log。

2.3. 崩溃恢复（Crash Recovery）

• 若事务未提交时 MySQL 崩溃：

  • 重启后，通过 Undo Log 回滚未提交的事务。

• 若事务已提交但数据未持久化到磁盘：

  • 通过 Redo Log 重放已提交的事务操作，确保数据持久性。

三、原子性的实现流程（以 UPDATE 为例）

1.事务开始：

START TRANSACTION;

2.执行 UPDATE 操作：

UPDATE users SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;

InnoDB 将旧值 balance = 200 写入 Undo Log。

3.事务提交：

COMMIT;

写入 Redo Log 并刷盘，标记事务完成。

4.事务回滚：

ROLLBACK;

• 根据 Undo Log 将 balance 恢复为 200。

四、关键设计与优化

1. 两阶段提交（2PC）

• 协调 Redo Log 和 Binlog：
  • Prepare 阶段：写入 Redo Log，标记为 Prepare 状态。
  • Commit 阶段：写入 Binlog，标记 Redo Log 为 Commit 状态。
• 作用：确保事务日志的一致性，即使崩溃也能通过日志恢复原子性

2. MVCC（多版本并发控制）

• 依赖 Undo Log：为每个php读操作提供事务开始时的数据快照。
• 实现原子性隔离：确保事务回滚时，其他事务不会看到中间状态。

3. 锁机制

• 行锁、表锁：在事务执行期间锁定资源，防止其他事务干扰。
• 隐式锁：通过 Undo Log 的可见性判断实现非阻塞读。

五、原子性与其他 ACID 属性的协作

六、验证原子性的示例

• 场景：转账操作（A 转 100 给 B）

START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = bjavascriptalance - 100 WHERE user = 'A';
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE user = 'B';
COMMIT;

• 原子性保证：
  • 若执行到第 2 步后崩溃，事务未提交，Undo Log 会回滚 A 的余额。
  • 若执行到 COMMIT 时崩溃，重启后通过 Redo Log 重放完整事务。

七、总结

MySQL 通过以下机制实现原子性：

1.Undo Log：记录事务前的数据状态，支持回滚。

2.Redo Log 和两阶段提交：确保已提交事务的持久性和日志一致性。

3.崩溃恢复机制：通过日志回滚未完成事务或重放已提交事务。

4.锁与 MVCC：隔离事务操作，避免中间状态被其他事务读取。

这些机制共同保障了事务的原子性，使得 MySQL 在高并发和数据一致性场景下表现可靠。

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