MySQL的事务机制与并发读异常示例详解

目录

• 一、事务
• 1.1 概念
• 1.2 事务控制语句
• 1.3 ACID特性
• ① 原子性（A）
• ② 一致性（C）
• ③ 隔离性（I）
• ④ 持久性（D）
• 1.4 隔离级别
• 1.5 命令
• 二、并发读异常
• 2.1 脏读
• 2.2 不可重复读
• 2.3 幻读
• 2.4 丢失更新
• 2.5 隔离级别下并发读异常
• 2.6 区别
• 三、Redo Log（重做日志）
• 四、Undo Log（回滚日志）
• 总结 

一、事务

事务是用户定义的一系列操作，这些操作需要让mysql视为一个整体执行，这些操作要么都做，要么都不做，是一个不可分割的工作单位。

1.1 概念

前提：有并发连接访问，多条连接，并发执行 sql 语句

事务是用户定义的不可分割的操作序列，是并发控制的最小单元，这些操作要么全部执行（提交），要么全部不执行（回滚）。

目的：事务将数据库从编程客栈一种一致性状态转换为另一种一致性状态；保证系统的数据完整性与可靠性。

举个例子：在银行转账中，“A 扣款 + B 收款”就是一个典型事务，要么两个操作都成功，要么都失败，不能只执行一半。

组成：

• 简单事务：可由单条 SQL 语句组成（如 UPDATE students SET age=26 WHERE id=15）；
• 复杂事务：可由一组关联的 SQL 语句组成（如转账场景中的 “扣款 + 收款” 两条更新语句）。

特征：

• 在数据库提交事务时，可以确保要么所有修改都已经保存，要么所有修改都不保存；
• 事务是访问并更新数据库各种数据项的一个程序执行单元。
• 在 MySQL innodb 下，单条语句都具备事务；可以通过 set autocommit = 0; 设置当前会话手动提交；

1.2 事务控制语句

• begin/start transaction
• commit
• rollback

-- 显示开启事务
START TRANSACTION | BEGIN

-- 提交事务，并使得已对数据库做的所有修改持久化
COMMIT

-- 回滚事务，结束用户的事务，并撤销正在进行的所有未提交的修改
ROLLBACK

-- 创建一个保存点，一个事务可以有多个保存点
SAVEPOINT identifier

-- 删除一个保存点
RELEASE SAVEPOINT identifier

-- 事务回滚到保存点
ROLLBACK TO [SAVEPOINT] identifier

1.3 ACID特性

① 原子性（A）

事务是最小执行单元，事务操作要么都做（提交），要么都不做（回滚）；MySQL 通过 undo log 实现回滚，它记录了每个操作的反向操作，从而在异常时恢复数据。

② 一致性（C）

事务执行前后，数据库必须处于一致状态。

• 数据库完整性约束（唯一、非空等）
• 逻辑上的一致性：用户定义的一系列操作，需要数据库视为一个整体，这是用户定义的

事务执行前后，数据库的 “完整性约束”（如唯一键、非空约束）与 “逻辑一致性”（如转账总金额不变）不能被破坏。一致性由原子性、隔离性、持久性共同保障。

③ 隔离性（I）

描述：控制 “多个并发事务的相互影响程度”；各自运行的环境隔离。

多个事务并发执行时，应互不干扰。

一个事务内部的操作和数据，在其提交前对其他事务是不可见的。

InnoDB 用 MVCC（多版本并发控制） 处理 “读 - 写并发”（读操作通过版本链读历史数据，无需加锁）；用锁（表锁、页锁、行锁等） 处理 “写 - 写并发”（写操作加锁避免冲突）。

MVCC 是多版本并发控制，主要解决一致性非锁定读，通过记录和获取行版本，而不是使用锁来限制读操作，从而实现高效并发读性能。锁用来处理并发 DML 操作；数据库中提供粒度锁的策略，针对表（聚集索引 B+ 树）、页（聚集索引 B+ 树叶子节点）、行（叶子节点当中某一段记录行）三种粒度加锁；

不同隔离级别会导致不同并发现象（脏读、不可重复读、幻读）

④ 持久性（D）

事务一旦提交，数据的修改就会永久保存。

无论系统宕机、断电还是重启，数据都能通过 redo log（重做日志） 恢复。

redo log 记录的是物理层面的“页修改”信息，比如修改了哪个数据页、偏移量、内容等，保证事务的最终落盘。

1.4 隔离级别

ISO 和 ANIS SQL 标准制定了四种事务隔离级别的标准，各数据库厂商在正确性和性能之间做了妥协，并没有严格遵循这些标准；MySQL innodb默认支持的隔离级别是 REPEATABLE READ；

数据库标准（ISO/ANSI SQL）定义了四种隔离级别，从低到高依次是：

1.5 命令

-- 设置隔离级别
SET [GLOBAL | SESSION] TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

-- 或者采用下面的方式设置隔离级别
SET @@tx_isolation = js'REPEATABLE READ';
SET @@global.tx_isolation = 'REPEATABLE READ';

-- 查看全局隔离级别
SELECT @@global.tx_isolation;

-- 查看当前会话隔离级别
SELECT @@session.tx_isolation;
SELECT @@tx_isolation;

-- 手动给读加 S 锁
SELECT ... LOCK IN SHARE MODE;

-- 手动给读加 X 锁
SELECT ... FOR UPDATE;

-- 查看当前锁信息
SELECT * FROM information_schema.innodb_locks;

二、并发读异常

2.1 脏读

事务（A）可以读到另外一个事务（B）中未提交的数据；也就是事务A读到脏数据；在读写分离的场景下，可以将 slave 节点设置为 READ UNCOMMITTED；此时脏读不影响，在 slave 上查询并不需要特别精准的返回值。

示例

2.2 不可重复读

事务（A) 可以读到另外一个事务（B）中提交的数据；通常发生在一个事务中两次读到的数据是不一样的情况；不可重复读在隔离级别 READ COMMITTED 存在。一般而言，不可重复读的问题是可以接受的，因为读到已经提交的数据，一般不会带来很大的问题，所以很多厂商（如oracle、SQL Server）默认隔离级别就是 READ COMMITTED；

示例

2.3 幻读

两次读取同一个范围内的记录得到的结果集不一样；快照读和当前读不一致；

例如：以 name 为唯一键的表，一个事务中查询 select * from t where name = 'gulu'; 不存在，接下来 insert into t(name) values ('gulu'); 出现错误，因为此时另外一个事务也执行了 insert 操作；

幻读在隔离级别 REPEATABLE READ 及以下存在；但是可以在 REPEATABLE READ 级别下通过读加锁（使用 next-key locking）解决；

示例

解决：给读操作加锁

2.4 丢失更新

脏读、不可重复读、幻读都是一个事务写，一个事务读，由于一个事务的写导致另一个事务读到了不该读的数据；丢失更新是两个事务都是写；丢失更新分为提交覆盖和回滚覆盖；回滚覆盖数据库拒绝不可能产生，重点关注提交覆盖；

示例

2.5 隔离级别下并发读异常

2.6 区别

• 脏读和不可重复读的区别在于，脏读是读取了另一个事务未提交的android数据，而不可重复读是读取了另一个事务提交之后的修改；本质上都是其他事务的修改影响了本事务的读取；
• 不可重复读和幻读比较类似；不可重复读是两次读取同一条记录，得到不一样的结果；而幻读是两次读取同一个范围内的记录得到的结果集不一样（可能不同个数，也可能相同个数内容不一样，比如x一行后又添加新行）；不可重复读是因为其他事务进行了 update 操作，幻读是因为其他事务进行了 insert 或者 delete 操作。

三、Redo Log（重做日志）

在 MySQL InnoDB 存储引擎中，Redo Log 是实现事务持久性的核心机制。

简单来说，它用来保证事务提交后，即使系统宕机，也能通过日志恢复到正确状态。

在事务执行过程中，数据的修改首先发生在内存中的 Buffer Pool，但内存数据存在易失性，一旦断电或崩溃就会丢失。为了防止这种情况，InnoDB 设计了 Redo Log 来记录数据的物理修改。

Redo Log 由两部分组成：

• redo log buffer（内存中）：暂存事务执行时产生的日志；
• redo log file（磁盘文件）：持久化存储日志记录。

在事务提交（COMMIT）的过程中，必须先将 redo log buffer 写入磁盘文件（刷盘），确认日志已经持久化后，事务js才算真正提交成功。这就是事务的 WAL（Write-Ahead Logging，预写日志）机制 —— 先写日志，后写数据。

Redo Log 的特性与作用

• 记录内容： 页号、页偏移量、修改内容（物理变化）；
• 写入方式： 顺序写入，性能高；
• 使用场景： 正常运行时只写不读，只有在 宕机恢复 时才会被读取，用于将数据恢复到最近一次提交的状态。
• 作用总结： 确保了数据的持久性（D）

四、Undo Log（回滚日志）

与 Redo Log 相对，Undo Log 用来实现事务的原子性（Atomicity）和支持 MVCC（多版本并发控制）。

如果 Redo Log 是“向前重做”，Undo Log 就是“向后回滚”。

当事务执行时，InnoDB 会为每一次数据修改生成相应的 Undo 记录，用来保存修改前的数据版本。这些 Undo 日志存储在 共享表空间（Undo Tablespace） 中。

在事务回滚（ROLLBACK）时，系统会根据 Undo Log 执行反向操作，把数据逻辑地恢复到修改前的状态：

• 若事务执行了 INSERT，回滚时会执行 DELETE；
• 若事务执行了 DELETE，回滚时会执行 INSERT；
• 若事务执行了 UPDATE，回滚时会执行相反方向的 UPDATE。

Undo Log 的特性与作用

1. 保证事务原子性：

   如果事务执行中途失败，可以根据 Undo Log 将已执行的部分操作撤销，确保“要么全部成功，要么全部失败”。

2. 支撑 MVCC（多版本并发控制）：

   Undo Log 记录了每行数据的历史版本，通过它 MySQL 可以在不同事务中读取到不同时刻的数据快照，从而实现非锁定读。

3. 记录形式： Undo Log 是逻辑日志（记录操作逻辑），不同于 Redo Log 的物理页修改。

总结 

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