MySQL- 事务隔离 -ACID

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1. 什么是 ACID？

ACID（Atomicity、Consistency、Isolation、Durability）是传统关系型数据库的四个核心特性，这四个特性保证了数据库事务可靠的执行，确保了数据在发生错误时可以正确地恢复，保证了数据的一致性。

其中，Atomicity（原子性）保证了事务的所有操作被看作一个整体，如果其中任何一个操作失败，整个事务将被回滚，保证了事务的一致性；Consistency（一致性）指的是在事务执行前后，数据库都必须处于合法状态；Isolation（隔离性）用于保证并发操作的独立性，使并发执行的事务不影响彼此；Durability（持久性）指的是在事务提交后，写操作对数据库的改变应该被永久保存在磁盘上，即使在发生崩溃等故障情况下也不能丢失。

2. 为什么需要 ACID？

在高并发系统中，多个用户操作同一个数据，如果没有合理的措施，容易出现数据的不一致性，甚至造成数据的丢失。ACID 正是为了解决这些问题而出现的。通过事务的概念，ACID 在保证数据的一致性的同时，还可以保证数据的正确性、隔离性和持久性。

当系统存在大量的并发请求时，保证了事务的 ACID 特性，可以有效的控制数据的状态。并且面对错误的操作，ACID 能够使事务回滚到正常的状态，也就能够保证系统的数据完整性。

3. ACID 的实现原理？

Atomicity：原子性由数据库管理系统的 UNDO/REDO 机制来实现。当进行某个事务时，系统会在内存中进行操作，如果事务执行的过程中或者执行结束后出现了错误，UNDO 就会将事务回退到执行前的状态，而 REDO 则是记录了事务对数据库所作的所有修改，如果在回滚后有必要将其重做，这些 REDO 日志就用来完成这个任务。

  • Consistency：实现 Consistency 是数据库引擎的主要职责之一，它通常通过检测定义在数据库模式中的规则和约束来保证数据的一致性。比如：定义在字段中的数据类型或长度、约束、触发器等。

  • Isolation：通过锁机制和版本控制来实现隔离性。锁机制分为共享锁和排它锁，通过不同的锁级别来控制事务的隔离性。而版本控制，则是在数据库引擎中使用行版本控制（MVCC）来实现，即在读取的时候使得当前事务只能看到一个版本的数据快照。

  • Durability：持久性通常通过将事务修改的数据写入日志文件中，并且在操作系统文件缓存中等待 I/O 操作完成来实现。一旦数据被保存到磁盘中，就算系统崩溃了，系统重启后依然能够读取到这些数据。

4. ACID 如何在 MySQL 中实现？

MySQL 是一种关系型数据库，自然而然地支持 ACID 特性。下面简单介绍 MySQL 中 ACID 的实现方式：

  • Atomicity：MySQL 使用了 undo log 实现事务的撤销操作，它记录了数据修改前的数据值，这样就可以在出现错误时进行回滚操作。MySQL 还使用了
    redo log 记录提交的事务，来保证事务的原子性。

  • Consistency：在 MySQL 中，可以使用约束来达到 Consistency 的目的。比如通过设置字段类型或长度，限定字段确切的数据类型；通过设置唯一索引，来保证数据的唯一性；通过设置外键关联，保证不同表之间的关联以及参照完整性等。

  • Isolation：MySQL 提供了四种隔离级别，分别是未提交读（read uncommitted）、提交读（read committed）、可重复读（repeatable
    read）和可串行化（serializable）。这四种隔离级别对应着不同的锁机制和版本控制方式，程序员开发中可根据自身业务需要来选择合适的隔离级别。

Durability：在 MySQL 中，通过对数据的多次备份进行持久化存储来实现数据的持久性。MySQL 默认是把数据写入 MRU 缓存（MyISAM 表才有这个缓存）或者 InnoDB 缓存（默认缓存）。而后台线程则会将缓存数据刷写到磁盘上，保证数据持久性。

5. ACID 的优点

  • 数据的安全性提高 ：ACID 四种特性的具体体现就是能够保证事务的正确操作、并发操作的正确性及系统崩溃后的数据恢复性，即便出错了，撤销操作也能保证数据的完整性，提高了数据的安全性。

  • 系统维护性高 ：使用 ACID 能够确保所有的操作被看做一个整体，当发生错误时整个事务将被回滚。这使得系统维护性高。管理员只需要提供一个整体性的数据库，而不用再考虑某个用户产生的意外将影响到整张表。

  • 复杂操作下的稳定性 ：当有多个操作需要在同一个事务中执行时，ACID 能够保证每个操作的执行结果都正确，即使执行过程中出现了错误，撤销操作也能保证数据的完整性。

6. ACID 的缺点

  • 开销大 ：在实现 ACID 时，由于事务的执行需要记录日志，检查约束、维护锁和版本等一系列操作，因此会有一定的系统开销，降低了系统的性能。

  • 不支持分布式事务 ：ACID 存在另外一个缺点，即不支持分布式事务（当然现在已经出现了很多解决方案，如 XA 协议等。）。

7. ACID 的使用注意事项

  • 在实际应用中，ACID 的使用需根据业务场景进行选用，不同的场景需要选取不同的特性的使用来保证数据的正确性、一致性和可靠性

  • 在使用 ACID 特性时，需考虑数据的量和访问量，以及高可用方案、提升性能的优化策略等问题。

8. 总结

ACID 指的是 Atomicity、Consistency、Isolation 和 Durability，是传统关系型数据库的四个核心特性，保证了数据库事务可靠的执行，确保了数据在发生错误时可以正确地恢复，保证了数据的一致性，是数据库操作领域的基本要求。在开发的过程中需要根据业务场景进行选用，且需要考虑高可用方案、优化性能等问题。在实现上，数据库管理系统会使用锁机制、版本控制等技术来实现 ACID 特性。