数据库事务详解

事务的产生是为了简化我们的编程模型，使我们在开发的过程中不用考虑各种潜在的错误和并发问题，而不是伴随着数据库系统天生就存在的。

事务支持是在引擎层实现的，InnoDB支持事务而MyISAM不支持。

假设数据库不支持事务，看下面的示例：

a账户要转给b账户100元：

update acount set amount =amount -100 where user=a // 1

update acount set amount =amount +100 where user=b // 2

假设程序第一步执行完成了执行到第2步的时候出了问题，那么将导致a账户白白少了100块。此时就能看到事务的重要性了。

数据库事务需要具备四大特性（ACID）

原子性（Atomicity）

原子性是指事务不允许部分执行。事务包含的所有操作要么全部成功，要么全部失败并回滚。
一致性（Consistency）

如果事务执行期间没有出现系统错误或其他事务错误，并且数据库在事务开始期间是数据一致的，那么在该事务结束时，我们认为数据库仍然保证了一致性。
隔离性（Isolation）

如果事务之间不是隔离的，可能会出现以下问题：

(1) 脏读（dirty read）：一个事务在处理过程中读取了另外一个事务未提交的数据。例如事务A中a给b转100块钱，在该事务中首先a的账户减100块，而在此时事务B中查询a的账户发现a少了100块，然后事务A中b账户加钱时发生了意外导致事务A回滚。这个时候事务B拿到的a账户就是脏数据了。

(2) 不可重复读（none-repeatable read）：在一个事务范围内多次查询某个数据却得到不同的结果。例如事务C中b要提现100块，首先查询b账户余额发现有100块满足提现要求，此时事务D中b转账100给a并且提交事务成功，在事务C中再次查询b的账户余额发现已经没有钱了。

脏读和不可重复读的区别在于脏读是读取到了另一个事务未提交的数据，不可重复读是读取到了其他事务提交的数据。

(3) 幻读（phantom read）：事务E中对一个表中所有数据做了从0修改为1的操作，这时事务F又向这个表插入了一行数据，而这个数据项中值为0并提交事务。此时事务E查询会发现还有一行数据没有修改，这就是幻读。

不可重复读侧重于修改，幻读侧重于新增或删除。解决不可重复读的问题只需锁住满足条件的行，解决幻读需要锁表。
持久性（Durability）

在事务完成以后，该事务对数据库所作的更改便持久的保存在数据库之中，并不会被回滚。

数据库为我们提供了四种隔离级别

事务隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
读未提交（read-uncommitted）	是	是	是
读已提交（read-committed）	否	是	是
可重复读（repeatable-read）	否	否	是
串行化（serializable）	否	否	否

MySQL查询当前窗口的事务隔离级别

8以前：select @@tx_isolation;

8：select @@transaction_isolation;

事务隔离级别为读提交时，写数据只会锁住相应的行。
事务隔离级别为可重复读时，如果检索条件有索引（包括主键索引）的时候，默认加锁方式是next-key 锁；如果检索条件没有索引，更新数据时会锁住整张表。一个间隙被事务加了锁，其他事务是不能在这个间隙插入记录的，这样可以防止幻读。
事务隔离级别为串行化时，读写数据都会锁住整张表。
隔离级别越高，越能保证数据的完整性和一致性，但是对并发性能的影响也越大。

在MySQL中，默认的隔离级别是REPEATABLE-READ（可重复读），并且解决了幻读问题。简单的来说，mysql的默认隔离级别解决了脏读、幻读、不可重复读问题。

`MySQL`是如何实现事务的

首先需要了解MVCC(Multi-Version Concurrency Control)，它在许多情况下避免了使用锁，同时可以提供更小的开销。根据实现的不同，它可以允许非阻塞式读，在写操作进行时只锁定必要的记录。

`InnoDB`

通过为每一行记录添加两个额外的隐藏的值来实现MVCC，这两个值一个记录这行数据何时被创建，另外一个记录这行数据何时过期（或者被删除）。但是InnoDB并不存储这些事件发生时的实际时间，相反它只存储这些事件发生时的系统版本号。这是一个随着事务的创建而不断增长的数字。每个事务在事务开始时会记录它自己的系统版本号。每个查询必须去检查每行数据的版本号与事务的版本号是否相同。让我们来看看当隔离级别是REPEATABLE READ时这种策略是如何应用到特定的操作的：

SELECT InnoDB必须保证每行数据符合两个条件：

InnoDB必须找到一个行的版本，它至少要和事务的版本一样老(也即它的版本号不大于事务的版本号)。这保证了不管是事务开始之前，或者事务创建时，或者修改了这行数据的时候，这行数据是存在的。
这行数据的删除版本必须是未定义的或者比事务版本要大。这可以保证在事务开始之前这行数据没有被删除。这里的不是真正的删除数据，而是标志出来的删除。真正意义的删除是在commit的时候。

符合这两个条件的行可能会被当作查询结果而返回。

INSERT：InnoDB为这个新行记录当前的系统版本号。

DELETE：InnoDB将当前的系统版本号设置为这一行的删除ID。

UPDATE：InnoDB会写一个这行数据的新拷贝，这个拷贝的版本为当前的系统版本号。它同时也会将这个版本号写到旧行的删除版本里。

快照读和当前读

快照读：读取的是快照版本，也就是历史版本

当前读：读取的是最新版本

普通的SELECT就是快照读，而UPDATE、DELETE、INSERT、SELECT ... LOCK IN SHARE MODE、SELECT ... FOR UPDATE是当前读。

锁

有这样三种锁我们需要了解：

Record Locks（记录锁）：在索引记录上加锁。
Gap Locks（间隙锁）：在索引记录之间加锁，或者在第一个索引记录之前加锁，或者在最后一个索引记录之后加锁。
Next-Key Locks：在索引记录上加锁，并且在索引记录之前的间隙加锁。它相当于是Record Locks与Gap Locks的一个结合。

普通的SELECT用的是一致性读不加锁。而对于锁定读、UPDATE和DELETE，则需要加锁，至于加什么锁视情况而定。如果你对一个唯一索引使用了唯一的检索条件，那么只需锁定索引记录即可；如果你没有使用唯一索引作为检索条件，或者用到了索引范围扫描，那么将会使用间隙锁或者next-key锁以此来阻塞其它会话向这个范围内的间隙插入数据。

利用MVCC实现一致性非锁定读，这就保证在同一个事务中多次读取相同的数据返回的结果是一样的，解决了不可重复读的问题

利用Gap Locks和Next-Key可以阻止其它事务在锁定区间内插入数据，因此解决了幻读问题

`MySQL`中事务操作

show variables like '%autocommit%';// 事务是否自动提交

START TRANSACTION;// 开启事务

COMMIT;// 提交事务
ROLLBACK;// 回滚事务

使用java操作事务

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.SQLException;

/**
 * @Author: csj
 * @Description:
 * @Date: 2019/6/14 15:06
 */
public class LocalJDBCTransApplication {

    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(LocalJDBCTransApplication.class);

    public static void main(String[] args) throws SQLException {
        Connection connection = getConnection();
        connection.setAutoCommit(false);

        String sql1 = "update user set gold = gold+1 where uid = ?";
        PreparedStatement ps1 = connection.prepareStatement(sql1);
        ps1.setLong(1,143000164498542592L);
        ps1.executeUpdate();

        String sql2 = "update user set gold = gold-1 where uid = ?";
        PreparedStatement ps2 = connection.prepareStatement(sql2);
        ps1.setLong(1,143000164498542592L);
        ps1.executeUpdate();
        ps1.close();
        ps2.close();
        connection.close();
    }

    private static Connection getConnection() throws SQLException {
        String driver = "com.mysql.cj.jdbc.Driver";
        String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";
        String username = "test";
        String password = "test";
        try {
            Class.forName(driver);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            LOG.error(e.getLocalizedMessage());
        }
        return DriverManager.getConnection(url,username,password);
    }
}

日志

undo用于解决事务未完成和事务回滚的情况，redo则是为了保证已经提交的事务所做的修改持久化到辅助存储。事务日志会在commit或commit之前写入持久化存储中，然后事务对数据本身的修改才能生效。因此就能够保证在系统故障时可以通过读取redo日志来重写持久化操作。