事务的ACID特性【通俗易懂】

一、前言

• 事务的ACID特性是数据库管理系统（DBMS）中用于确保事务正确性和可靠性的四个核心属性。

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二、ACID分解

1.原子性（Atomicity）

• 定义：事务是一个不可分割的最小工作单元，事务中的所有操作要么全部成功提交，要么全部失败回滚，不存在中间状态。
• 示例：银行转账中，账户A扣款和账户B入账必须同时成功或同时失败。
• 实现原理：
  • 通过Undo Log（回滚日志）实现。
  • 若事务失败，系统利用Undo Log逆向执行已提交的操作，恢复到事务前的状态。

2.一致性（Consistency）

• 定义：事务执行前后，数据库必须从一个合法的状态转换到另一个合法的状态，所有数据约束（如唯一性、外键、业务逻辑）必须保持正确。
• 示例：转账前后，账户A和B的总金额应保持不变。
• 实现原理：
  • 由原子性、隔离性、持久性共同保障。
  • 数据库通过预定义规则（如触发器、约束）和应用层逻辑共同维护。

3.隔离性（Isolation）

• 定义：并发执行的多个事务之间互不干扰，每个事务感知到的数据状态如同串行执行。
• 常见问题：
  • 脏读：读取到其他事务未提交的数据。
  • 不可重复读：同一事务内两次读取同一数据结果不同。
  • 幻读：同一事务内两次查询结果集行数不同。
• 隔离级别：
  • 读未提交（Read Uncommitted）：最低隔离，不解决任何问题。
  • 读已提交（Read Committed）：解决脏读。
  • 可重复读（Repeatable Read）：解决脏读和不可重复读（InnoDB默认级别，通过MVCC避免幻读）。
  • 串行化（Serializable）：最高隔离，完全串行执行。
• 实现原理：
  • 锁机制：行锁、表锁、意向锁等控制并发访问。
  • MVCC（多版本并发控制）：通过隐藏列、版本链、ReadView实现非阻塞读，保证读写不冲突。
• 更详细的解释可以看我的上一篇文章：【一文搞懂】什么是并发中的脏读、幻读、不可重复读问题及解决方案？

4.持久性（Durability）

• 定义：事务提交后，对数据的修改是永久性的，即使系统崩溃也不会丢失。
• 实现原理：
  • Redo Log（重做日志）：事务提交时先写日志（顺序IO），再异步刷盘。崩溃恢复时通过Redo Log重放操作。
  • WAL（Write-Ahead Logging）：日志先行策略，确保数据持久性。

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三、ACID的关系

• 一致性是最终目标，原子性、隔离性、持久性均为实现一致性的手段。
• 原子性和持久性通过Undo Log和Redo Log实现。
• 隔离性通过锁和MVCC实现。

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四、实际应用

• 银行系统：转账操作需严格满足ACID，避免金额错误或丢失。
• 电商订单：下单、扣库存、支付等操作需事务保障数据一致性。
• 通过ACID特性，数据库系统能够在高并发、复杂操作中保持数据的正确性和可靠性。