事务

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2025-07-24

事务的四大特性与实现原理

原子性 (Atomicity)
- 定义：一个事务中的所有操作必须作为一个整体执行：要么全部成功并提交，要么全部失败并回滚。
- 实现原理：通过 Undo Log (回滚日志) 保证。事务开始时记录操作前的数据状态；若事务失败，系统基于 Undo Log 回滚到初始状态。
持久性 (Durability)
- 定义：事务一旦提交，对数据的变更是永久性的，即使在数据库故障恢复后，数据也不丢失。
- 实现原理：通过 Redo Log (重做日志) 保证。事务提交时先将操作日志刷新到持久存储；故障后重放 Redo Log 恢复数据。
隔离性 (Isolation)
- 定义：事务在提交前所做的修改对其他事务不可见，防止并发读/写冲突。
- 实现原理：通过锁机制（如共享锁/排他锁）和 MVCC (多版本并发控制) 实现。锁机制控制并发访问的顺序，MVCC 为每个数据行维护多个版本，基于事务时间戳控制可见性。
一致性 (Consistency)
- 定义：事务的执行必须使数据库从一个一致状态转换为另一个一致状态，遵守预定义约束（如唯一键或检查约束）。例如，转账操作中，事务前后的账户总额必须一致。
- 实现原理：作为 ACID 的目标，一致性通过实现原子性、持久性和隔离性而间接达到。

总结：原子性、持久性和隔离性是实现一致性的手段，一致性是最终目的。

事务并发执行时可能导致数据不一致问题，常见问题如下：

脏读 (Dirty Read)：一个事务读取到另外一个事务未提交的数据修改。例如，事务 B 读取事务 A 修改后但未提交的数据，如果事务 A 回滚，则事务 B 使用了脏数据。
不可重复读 (Non-repeatable Read)：一个事务在同一个事务中多次读取同一条数据值，期间其他事务修改了该数据，导致前后结果不一致。例如，事务 B 先读取某行，事务 A 更新该行并提交后，事务 B 再读取同一行发现值变化。
幻读 (Phantom Read)：一个事务执行相同范围查询两次，但其他事务插入或删除了符合条件的数据，使得第二次查询返回的行数变化。例如，事务 B 查询 salary > 10000 的员工数量，首次 10 条；事务 A 新增一条符合条件的记录并提交后，事务 B 再查询返回 11 条。

事务隔离级别定义了事务之间的可见性与冲突处理策略，较低的级别提高并发但增加问题风险，较高的级别降低并发但减少问题。具体级别如下：

读未提交 (Read Uncommitted)
- 描述：事务未提交时，其变更操作对其他事务立即可见。
- 可能出现问题：脏读、不可重复读、幻读。
- 实现原理：无需特殊机制，直接读取最新数据版本。
读已提交 (Read Committed)
- 描述：事务提交后，其变更操作才能被其他事务读取（如 Oracle 默认级别）。
- 可能出现问题：不可重复读、幻读。
- 实现原理：通过 MVCC 实现。系统维护数据行快照，事务只读取已提交的版本快照。
可重复读 (Repeatable Read)
- 描述：事务中多次查询同一条数据时返回相同结果，即使以及被其他事务提交修改（MySQL InnoDB 默认级别）。
- 可能出现问题：按 SQL 标准可能出现幻读，但 MySQL 通过间隙锁优化后基本解决。
- 实现原理：通过 MVCC 和间隙锁 (Gap Locks) 实现。MVCC 保证查询基于事务开始点的快照；间隙锁阻止其他事务在查询范围内插入新数据，防止幻读。
串行化 (Serializable)
- 描述：事务完全串行执行，读写加锁阻塞并行访问。
- 可能出现问题：无（脏读、不可重复读、幻读均不会出现）。
- 实现原理：通过锁机制（如行级或表级读写锁）实现。读写操作冲突时，后访问事务等待前事务完成，确保顺序执行。