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深入解析 MySQL 事务：从基础概念到高级应用

深入解析 MySQL 事务：从基础概念到高级应用

一、定义

事务是由一个或多个 SQL 语句组成的独立工作单元，在这个单元中，每个 SQL 语句都是相互依赖的。事务作为一个不可分割的整体存在，要么全部成功，要么全部失败，不可能存在部分成功、部分失败的情况。

简而言之，事务就是一个整体，内部的 SQL 语句要么全部执行成功，要么全部执行失败。一旦某条 SQL 语句执行失败或出错，整个事务将回滚（返回最初状态），所有受到影响的数据将恢复到事务开始前的状态；若所有 SQL 语句执行成功，则事务顺利提交。

在 MySQL 中，数据存储由不同的存储引擎管理，不同存储引擎有各自特点。常见存储引擎有 InnoDB、MyISAM 和 Memory 等（更多请参考：MySQL 存储引擎详解）。其中，InnoDB 支持事务（transaction），而 MyISAM 和 Memory 等不支持事务。

可以通过 SHOW ENGINES; 语句查看 MySQL 支持的存储引擎。

二、特性（ACID）

事务具有四个关键特性，即原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability），简称 ACID。

  • 原子性（Atomicity）：事务是一个不可分割的最小工作单位，事务中的操作要么全部发生，要么全部不发生。
  • 一致性（Consistency）：事务必须使数据库从一个一致状态变换到另一个一致状态。例如，李二给王五转账 50 元，要么李二账户减 50 元、王五账户加 50 元，要么都不发生。
  • 隔离性（Isolation）：一个事务的执行不能被其他事务干扰，事务内部的操作及使用的数据对并发的其他事务是隔离的。
  • 持久性（Durability）：事务一旦提交成功，它对数据库的改变将是永久性的，后续的操作或故障不会影响其结果。

三、分类

事务分为隐式事务和显式事务。DML 语句（INSERT、UPDATE、DELETE）是隐式事务。

隐式事务

没有明显的开启和结束标记，自动提交事务。比如，UPDATE 语句修改数据，相当于一个隐式事务。

举例：张三同学购买一个 CSDN 定制保温杯花 99 元，这相当于一个 UPDATE 语句，减去张三余额中的 99 元：

UPDATE accounts SET balance = balance - 99 WHERE name = '张三';

显式事务

具有明显的开启和结束标记。使用显式事务的前提是禁用自动提交功能（将 autocommit 设置为 0）。

查看当前 autocommit 状态：

SHOW VARIABLES LIKE 'autocommit';

禁用自动提交：

SET autocommit = 0;

四、开启事务

显式事务需要手动开启和提交或回滚。以下是一个使用显式事务的示例：

-- 步骤一：开启事务
START TRANSACTION;

-- 步骤二：编写事务中的 SQL 语句（INSERT、UPDATE、DELETE）
-- 例如，实现“李二给王五转账”的事务过程
UPDATE t_account SET balance = balance - 50 WHERE vname = '李二';
UPDATE t_account SET balance = balance + 50 WHERE vname = '王五';

-- 步骤三：结束事务
COMMIT; -- 提交事务
-- ROLLBACK; -- 回滚事务：即事务不执行，恢复到事务执行前的状态

五、并发问题

多个事务并发运行时，如果没有适当的隔离机制，就会发生以下问题：

  • 脏读（Dirty Read）：事务 T1 读取了事务 T2 更新但未提交的数据，如果 T2 回滚，T1 读取的数据是无效的。
  • 不可重复读（Non-repeatable Read）：事务 T1 读取某字段后，事务 T2 更新了该字段，T1 再次读取时，值不同。
  • 幻读（Phantom Read）：事务 T1 读取某表的数据后，事务 T2 向该表插入新数据，T1 再次读取时，发现多了几行数据。

为了避免这些并发问题，MySQL 提供了四种事务隔离级别：

六、隔离级别

MySQL 提供四种事务隔离级别，不同隔离级别对应不同的并发控制程度和性能影响：

  • 读未提交（Read Uncommitted）：允许读取未提交的变更，可能出现脏读、不可重复读和幻读。适用于对数据一致性要求低的场景。
  • 读已提交（Read Committed）：只能读取已提交的变更，可以避免脏读，但仍可能出现不可重复读和幻读。适用于对数据一致性要求较高，但允许部分并发的场景。
  • 可重复读（Repeatable Read）：确保多次读取同一字段的值一致，可以避免脏读和不可重复读，但仍可能出现幻读。MySQL 的默认隔离级别。
  • 串行化（Serializable）：完全锁定事务执行期间的数据，避免所有并发问题，但性能较低。适用于对数据一致性要求极高，且允许性能降低的场景。

Oracle 支持两种事务隔离级别：Read Committed 和 Serializable。
Oracle 默认事务隔离级别是：Read Committed。
MySQL 默认事务隔离级别是：Repeatable Read。

事务隔离级别越高，数据一致性越好，但并发性能越差。开发者需要根据具体业务需求选择合适的隔离级别，以在性能和数据一致性之间取得平衡。

七、事务的高级应用

1. 死锁检测与解决

在高并发环境中，多个事务可能会出现死锁。MySQL通过检测死锁来自动解决，通常是回滚其中一个事务。

死锁示例：

-- 事务1
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
-- 事务1在此时暂停等待事务2
-- 事务2
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 50 WHERE id = 2;
-- 事务2在此时暂停等待事务1

-- 事务1
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
-- 事务1等待事务2完成
-- 事务2
UPDATE accounts SET balance = balance + 50 WHERE id = 1;
-- 事务2等待事务1完成
-- 这时发生死锁，MySQL会自动检测并回滚其中一个事务

死锁解决方法：

  • 尽量减少锁定时间：在事务中尽量减少查询和更新的时间，避免长时间锁定资源。
  • 合理的锁定顺序：在多个事务中按相同的顺序访问资源，减少死锁概率。

2. MVCC（多版本并发控制）

MySQL的InnoDB存储引擎通过MVCC实现高并发控制，避免了大多数锁竞争问题。

MVCC示例：

-- 创建示例表，并添加注释
CREATE TABLE users (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY COMMENT '用户ID，自动递增，主键',
    name VARCHAR(50) COMMENT '用户名称',
    balance DECIMAL(10, 2) COMMENT '用户余额，保留两位小数'
) COMMENT='用户信息表';

-- 插入一些数据
INSERT INTO users (name, balance) VALUES ('Alice', 100.00), ('Bob', 150.00), ('Charlie', 200.00);

-- 事务1：读取数据
START TRANSACTION;
SELECT * FROM users WHERE id = 1;
-- 事务1读取users表的所有数据。此时会生成一个一致性视图，事务将看到事务开始时的数据库状态。
-- 假设事务1在此时暂停，继续执行其他操作

-- 事务2：更新数据
START TRANSACTION;
UPDATE users SET balance = balance - 50 WHERE name = 'Alice';
-- 事务2更新Alice的余额，创建了一个新版本的行，并更新了trx_id和roll_pointer。
COMMIT;

-- 事务1：再次读取数据
SELECT * FROM users WHERE id = 1;
-- 事务1再次读取users表的数据。由于事务1的读取视图是在事务2提交之前创建的，
-- 事务1仍然看到Alice的余额为100。
COMMIT;

学习更多，请参考: MySQL中的MVCC（多版本并发控制）

3. 读写分离和分片

在高负载环境中，读写分离和分片技术可以提升性能。

读写分离：

  • 主从复制：通过设置MySQL主从复制，将写操作分配到主库，读操作分配到从库，以分担负载。
-- 主库配置
[mysqld]
server-id = 1
log-bin = mysql-bin

-- 从库配置
[mysqld]
server-id = 2
relay-log = mysql-relay-bin

分片：

  • 水平分片：将数据表按行拆分成多个子表，以减小单表的数据量和访问压力。
-- 创建分片表
CREATE TABLE users_shard_1 LIKE users;
CREATE TABLE users_shard_2 LIKE users;
-- 根据某种规则插入数据
INSERT INTO users_shard_1 SELECT * FROM users WHERE id <= 1000;
INSERT INTO users_shard_2 SELECT * FROM users WHERE id > 1000;

4. 分布式事务

在涉及多个数据库或服务的情况下，分布式事务保证各个参与方的一致性。

XA事务：

  • MySQL支持XA（eXtended Architecture）事务协议，实现跨多个资源的全局事务。
-- 开始XA事务
XA START 'xid';

-- 在多个资源上执行操作
INSERT INTO accounts (id, balance) VALUES (3, 100);

-- 准备XA事务
XA END 'xid';
XA PREPARE 'xid';

-- 提交XA事务
XA COMMIT 'xid';
-- 或回滚XA事务
XA ROLLBACK 'xid';

5. 基于时间戳的并发控制

基于时间戳的并发控制是一种无锁并发控制方法，适用于高并发环境。每个事务在开始时分配一个时间戳，操作按时间戳顺序进行。

-- 示例代码展示基于时间戳的操作
-- 事务1
START TRANSACTION;
-- 获取时间戳
SELECT CURRENT_TIMESTAMP;
-- 进行操作
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
-- 提交事务
COMMIT;

-- 事务2
START TRANSACTION;
-- 获取时间戳
SELECT CURRENT_TIMESTAMP;
-- 进行操作
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
-- 提交事务
COMMIT;

八、事务的优化建议

  1. 使用适当的隔离级别：
    • 根据应用需求选择适当的事务隔离级别，以平衡性能和数据一致性。
  2. 尽量缩短事务的生命周期：
    • 避免长时间运行的事务，减少锁定的时间，提高并发性能。
  3. 合理使用索引：
    • 为常用查询创建合适的索引，减少锁范围，提高查询效率。
  4. 监控和调优：
    • 使用MySQL的性能监控工具，定期检查和优化事务的执行情况。

通过深入理解和应用MySQL事务的基础概念和高级特性，开发者可以更有效地管理数据库的并发操作，提升应用的稳定性和性能。

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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