数据库事务原子性、一致性是怎样实现的？

作者：郁白
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讨论数据库的事务原子性，先看最极端的情况，即全局一把锁，所有事务排队执行，这种情况下没有原子性问题，因为所有事务看到的都是在自己之前已经提交的数据。

为了提高性能，充分利用多核，我们需要让多个事务能够并行的执行，但是还要保证这些事务“看起来”是串行执行的（external consistency）。这里需要考虑事务的三种关系，即读与读的关系，写与写的关系，读与写的关系。

1. 读事务与读事务的关系最简单，因为不对数据进行修改，因此读与读之间可以直接并行
2. 写事务与写事务的关系，对同一条记录的修改，需要保证串行，不能出现lost update的情况，一般通过行锁（oracle/mysql/oceanbase），或者事先通过SQL分析将可能冲突的事务排队后执行（calvin/oceanbase）
3. 读事务与写事务的关系，这个最复杂，因为数据库操作中，几乎没有只写的情况，一般都是“read-modify-write”，比如最简单的update ... where 还有 update set c=c+1 whete，绝大部分写事务都是在读取一些数据之后，再修改数据，我们称这类事务为“读写事务”。因此读与写关系，会涉及两类关系：
1. 只读事务与读写事务的关系，一般使用多版本的方式保存数据，每个事务分配一个全局唯一且递增的“事务版本号”，更新数据时将事务版本号也保存在数据中。在全局维护一个“最大已提交的”版本号（committed version），一般就是一个64或128位的整数，每个只读事务开始时，原子的读取这个commited version，读取数据时，只读取版本号小于等于它的内容。多版本的实现方式各家不尽相同；数据存储方面oracle与innodb都是使用data block + undo block的方式，历史版本保存在undo block中，oceanbase内存引擎则简单的将一行所有的修改历史串成反向链表；对于事务版本号，oracle与oceanbase都在事务提交时生成版本号，可以保证版本号的大小严格遵守事务提交顺序，但是需要在事务提交时（oceanbase）或提交后（oracle）将事务版本号回填到数据内容中，mysql则简单的在事务开启时生成版本号，因此读取逻辑相对复杂，需要过滤掉开始事务时尚未结束事务对数据的修改。
2. 读写事务之间的关系，这里需要考虑的是一个读写事务T1在执行过程中，它刚刚读过的数据被其他事务修改的情况，这种情况下T1需要回滚重做（单语句事务）或报告事务冲突（交互型事务），一般的做法是在T1提交时对涉及到的行加锁后检查版本号或内容，在read committed隔离级别下这个特性并非标准所要求，但是oracle/mysql/oceanbase都在语句级别实现了，也成为了事实标准，按oracle的叫法叫做transaction set consistency

参考文献：
[1] Thomson A, Diamond T, Weng S C, et al. Calvin: fast distributed transactions for partitioned database systems[C]//Proceedings of the 2012 ACM SIGMOD International Conference on Management of Data. ACM, 2012: 1-12. MLA
[2] Berenson H, Bernstein P, Gray J, et al. A critique of ANSI SQL isolation levels[C]//ACM SIGMOD Record. ACM, 1995, 24(2): 1-10.
[3] LI Kai,HAN Fu-Sheng. Memory transaction engine of OceanBase[J]. Journal of East China Normal University(Natural Sc, 2014, 2014(5): 147-163.
[4] Lewis J. Oracle Core: Essential Internals for DBAs and Developers[M]. Apress, 2011.

 

作者：韩忠康
链接：http://www.zhihu.com/question/30272728/answer/95908054
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原子性：一个事务内的所有SQL操作是一个整体。都执行成功才算整个事务成功。如果某个失败，则必须要会退到事务执行之前的状态，执行成功的SQL需要被撤销。

innodb通过undo log和redo log来实现。

事务中，每当执行一条SQL语句对数据产生了影响，就会记录下来与之相反的操作到undo log(撤销日志）中，例如，更新会记录之前的状态，删除会形成insert，添加会形成delete，一旦事务被回滚，则执行undo log中记录的操作，来完成恢复到之前的状态。这里是个 逻辑恢复哦！
同时，每当执行一条事务中的SQL，会将操作记录到redo log中，此时事务一旦被提交，就将该redolog中的操作，持久化到磁盘上，数据就持久的记录下来了（ACID的D）。

PS：还有，undolog才是原子性的关键。提供redolog，应该主要目的是提升磁盘的IO开销吧，如果直接写入磁盘，IO开销，会很大。如果先将操作记录到redolog中，可以顺序的记录，批量的记录，再一起同步到磁盘上，速度会比直接写磁盘快些。 mysql在生成redolog时，会使用 innodb log buffer，先缓冲到内存中，再同步到redolog上。速度会更快

另外关于，一致性，应该是个整体概念，保证所有的mysql对象（数据，索引，约束，日志，用户）在事务执行前后都具有完整的特性，应该是mysql所有的功能都为此服务吧！

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