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
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。