事务

更新9/10/2025

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事务是什么？

事务是指访问并可能跟新数据库中各项数据的一个程序执行单元（Unit）

定义

一组操作要么全部成功，要么全部失败，目的是为了保证最终数据的一致性。

开启事务操作

-- 方式1：使用BEGIN
BEGIN;
UPDATE users SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE users SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
COMMIT;

-- 方式2：使用START TRANSACTION
START TRANSACTION;
UPDATE users SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE users SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
COMMIT;

在大多数情况下，BEGIN 和 START TRANSACTION 是完全等价的：

ACID

A - 原子性 (Atomicity)

定义： 事务是一个不可分割的工作单元，要么全部成功，要么全部失败。

实现机制： undo log (回滚日志)

-- 转账操作
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 1000 WHERE id = 1; -- 张三扣款
UPDATE accounts SET balance = balance + 1000 WHERE id = 2; -- 李四入账
COMMIT;

-- 如果任何一步失败，整个事务回滚，保证资金不会凭空消失或增加

实现原理：

• 每次修改数据前，MySQL先将原始数据记录到 undo log
• 事务失败时，根据 undo log 进行回滚操作
• undo log 保证了数据修改的可逆性

C - 一致性 (Consistency)

定义： 事务执行前后，数据库必须从一个一致性状态转换到另一个一致性状态。

保证方式：

• 约束检查（主键、外键、唯一索引、检查约束）
• 触发器
• 应用逻辑

-- 库存扣减必须保证库存不为负
BEGIN;
SELECT stock FROM products WHERE id = 1; -- 假设库存为 5
UPDATE products SET stock = stock - 8 WHERE id = 1; -- 尝试扣减 8
-- 违反约束：CHECK (stock >= 0)，事务失败回滚
ROLLBACK;

I - 隔离性 (Isolation)

定义： 并发执行的事务之间不能互相干扰，每个事务都应该感觉不到其他事务的存在。

四种隔离级别：

1. 读未提交 (Read Uncommitted)

   SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED; -- 设置事务隔离级别
   
   -- 事务A
   BEGIN;
   UPDATE users SET balance = 500 WHERE id = 1;
   -- 此时事务B可以读到 balance = 500（脏读）
   
   -- 事务B  
   SELECT balance FROM users WHERE id = 1; -- 读到500，但A可能回滚

   问题：

   脏读：一个事务读取到另一个未提交事务的修改数据
   不可重复读：一个事务内多次读取同一数据，结果不一致
   幻读：一个事务内多次查询，后续查询发现了之前没有的记录

2. 读已提交 (Read Committed)（alibaba）

   SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
   -- 事务A
   BEGIN;
   SELECT balance FROM users WHERE id = 1; -- 第一次读：1000
   -- 此时事务B修改并提交了数据
   SELECT balance FROM users WHERE id = 1; -- 第二次读：500（不可重复读）
   COMMIT;

   问题： 不可重复读、幻读

   实现机制：

   每次SELECT都创建新的Read View
   基于MVCC机制，能读取到其他事务已提交的最新数据
   通过undo log版本链选择合适的数据版本

3. 可重复读 (Repeatable Read) - MySQL默认

   -- 表数据准备
   -- users表：(1,'Alice',1000), (2,'Bob',2000), (3,'Charlie',1500)
   
   -- 窗口1：事务A（统计系统）
   SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
   BEGIN;
   
   -- 快照读：基于事务开始时的数据快照
   SELECT COUNT(*) FROM users WHERE balance > 1500; -- 第一次：1人
   SELECT * FROM users WHERE balance > 1500;         -- 只看到Charlie
   
   -- 窗口2：事务B（开户）  
   BEGIN;
   INSERT INTO users VALUES (4, 'David', 2500);
   COMMIT; -- 提交新用户
   
   -- 窗口1：事务A继续
   -- 快照读：仍然看到事务开始时的数据
   SELECT COUNT(*) FROM users WHERE balance > 1500; -- 仍是1人
   SELECT * FROM users WHERE balance > 1500;         -- 仍只看到Charlie
   
   -- ⚠️ 关键：使用当前读（加锁读取最新数据）
   SELECT COUNT(*) FROM users WHERE balance > 1500 LOCK IN SHARE MODE; -- 2人！
   SELECT * FROM users WHERE balance > 1500 FOR UPDATE; -- 看到Charlie和David！
   
   -- 幻读出现：同一事务内，相同查询条件得到不同结果集
   COMMIT;

   问题： 可能出现幻读

   实现机制：

   整个事务期间只使用第一次创建的Read View
   保证同一事务内多次读取同一数据结果一致
   通过固定的一致性视图实现可重复读

4. 串行化 (Serializable)

   SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;
   -- 每个事务操作都变成了串行，前者事务没有提交后者事务就会阻塞等待。
   -- 最高隔离级别，通过锁机制保证串行执行
   -- 性能最差，但完全避免所有并发问题

   问题：解决了上面所以问题，因为全部都是串行执行，互不干扰，隔离级别最大，性能最差，阻塞执行。

   实现机制： MVCC (多版本并发控制) + 锁机制

D - 持久性 (Durability)

定义： 一旦事务提交，其所做的修改就会永久保存到数据库中。

实现机制： redo log (重做日志)

-- 事务提交流程
BEGIN;
UPDATE users SET balance = 1000 WHERE id = 1;
COMMIT; -- 此时：
-- 1. 写入redo log到磁盘 (WAL - Write Ahead Log)
-- 2. 返回提交成功给客户端  
-- 3. 后续异步将脏页写入数据文件 【脏页 (Dirty Page)：在内存中被修改但还未写入磁盘的数据页】

MVCC 实现细节

MVCC是MySQL InnoDB存储引擎实现高并发的核心机制，通过为每个数据行维护多个版本来避免读写冲突。

核心原理

• 写操作：创建数据的新版本，不直接覆盖原数据
• 读操作：根据事务隔离级别和时间戳读取合适的版本
• 无锁读取：读写操作不互相阻塞

版本链概念

每行数据实际上是一个版本链，新版本指向旧版本：

最新版本 → 版本2 → 版本1 → 原始版本

具体实现机制

隐藏字段

InnoDB为每行记录添加三个隐藏字段：

-- 实际存储结构（简化）
CREATE TABLE users_internal (
    id INT,
    name VARCHAR(50),
    balance DECIMAL(10,2),
    -- 隐藏字段：
    DB_TRX_ID BIGINT,    -- 最后修改此行的事务ID
    DB_ROLL_PTR BIGINT,  -- 指向undo log中该行记录的指针
    DB_ROW_ID BIGINT     -- 隐含主键（如果表没有显式主键）
);

undo log 版本链

-- 初始数据
INSERT INTO users VALUES (1, 'Alice', 1000);
-- DB_TRX_ID=100, DB_ROLL_PTR=NULL

-- 事务101修改
UPDATE users SET balance = 1500 WHERE id = 1;

-- 事务102修改  
UPDATE users SET balance = 2000 WHERE id = 1;

undo log 版本链

当前版本: (1,'Alice',2000) DB_TRX_ID=102, DB_ROLL_PTR→undo_log_2
undo_log_2: (1,'Alice',1500) DB_TRX_ID=101, DB_ROLL_PTR→undo_log_1  
undo_log_1: (1,'Alice',1000) DB_TRX_ID=100, DB_ROLL_PTR=NULL

事务设计原则

保持事务短小精悍

❌ 错误示例：长事务

BEGIN;
-- 复杂业务逻辑，耗时10分钟
SELECT * FROM orders WHERE create_date > '2024-01-01'; -- 大量数据
-- 处理复杂计算...
UPDATE inventory SET stock = stock - quantity; -- 长时间持锁
-- 发送邮件、调用外部API...
COMMIT;

✅ 正确示例：拆分事务

-- 拆分为多个小事务
-- 事务1: 快速获取必要数据
BEGIN;
SELECT order_id, product_id, quantity 
FROM orders 
WHERE status = 'pending' AND create_date > '2024-01-01'
LIMIT 100;
COMMIT;

-- 业务处理（在事务外）
-- 计算库存、验证逻辑等

-- 事务2: 快速更新核心数据
BEGIN;
UPDATE inventory SET stock = stock - ? WHERE product_id = ?;
UPDATE orders SET status = 'processed' WHERE order_id = ?;
COMMIT;

减少事务范围

-- ❌ 事务包含非数据库操作
BEGIN;
UPDATE user_balance SET amount = amount - 100 WHERE user_id = 1;
-- 调用支付接口（可能超时）
call_payment_api(); 
-- 发送短信通知
send_sms_notification();
UPDATE transaction_log SET status = 'success';
COMMIT;

-- ✅ 只在事务中包含数据库操作
-- 先完成外部调用
$payment_result = call_payment_api();
if ($payment_result->success) {
    BEGIN;
    UPDATE user_balance SET amount = amount - 100 WHERE user_id = 1;
    UPDATE transaction_log SET status = 'success';
    COMMIT;
}

选择合适的隔离级别

-- 1. 金融系统：使用 REPEATABLE READ（默认）可重复读 保证数据在某个时间点的一致性。
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;
-- 复杂计算...
UPDATE accounts SET balance = balance - 1000 WHERE id = 1;
COMMIT;

-- 2. 报表查询：使用 READ COMMITTED  读已提交
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
BEGIN;
-- 报表不需要严格一致性，允许读取已提交的最新数据
SELECT SUM(amount) FROM transactions WHERE date = CURDATE();
COMMIT;

-- 3. 统计分析：使用 READ UNCOMMITTED（谨慎使用） 读未提交
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED;
-- 仅用于对准确性要求不高的统计分析
SELECT COUNT(*) FROM logs WHERE created_at > DATE_SUB(NOW(), INTERVAL 1 HOUR);