MySQL事务隔离与undo log、MVCC的亲密关系

全文针对MySQL 5.5后的InnoDB引擎。

1 隔离性与隔离级别

当DB上有多事务同时执行时，可能出现如下问题：

• 脏读（dirty read）
• 不可重复读（non-repeatable read）
• 幻读（phantom read）

为解决上述问题，隔离级别诞生了。级别越高，性能越低。因此要根据业务折中选择。

1.1 事务隔离级别

读未提交（read uncommitted，RU）

一个事务还没提交，它的变更就能被其它事务看到。

读已提交（read committed，RC）

一个事务提交后，其变更才会被其他事务看到。

可重复读（repeatable read，RR）

一个事务执行过程中看到的数据，和该事务在启动时看到的数据一致。 所以未提交的变更对其它事务是不可见的。

一个事务启动时，能够看到所有已提交的事务结果。但之后的该事务执行期间，其他事务的更新对它就不可见了。

串行化（serializable）

对同行记录，“写”加“写锁”，“读”加“读锁”。出现读写锁冲突时，后访问的事务必须等前一个事务执行完成。

1.2 示例

假设表T中仅一列，仅一行数据值1。按照时间顺序执行的两个事务的行为：（B 比 A 稍后被访问）

不同隔离级别的事务A返回结果：

• 读未提交 读取了未提交的事务B修改后的值，所以都是2
• 读已提交 V1=1；读取到提交后的B，V2=V3=2
• 可重复读 V1=V2（事务在执行期间，即未提交前，看到的数据全程一致）=1，V3=2
• 串行化 事务B执行“将1改成2”时，会被锁。直到事务A提交后，事务B（后访问的事务）才可继续执行。所以V1=V2=1，V3=2

1.3 原来是视图

DB会创建一个视图，访问时以视图的逻辑结果为准：

• 读未提交 直接返回记录上的最新值，无视图
• 读提交 视图在每个SQL语句开始执行时创建。RC下，一个select语句S1在它开始时刻照快照，然后S1语句运行期间，若有其它并发事务提交且正好修改了满足S1过滤条件的行，则S1并不能看到那些事务最新的改动，返回的是S1的快照中已提交的事务的改动。
• 可重复读 视图在事务启动时创建，整个事务存在期间都只用该视图
• 串行化 直接加锁避免并行（注意不是并发概念的同时间段）访问

2 隔离级别的配置

• show variables like 'transaction_isolation'

3 何时使用可重复读？

比如银行账户表。一个表存每月月底的余额，一个表存账单明细。

• 数据校对 判断上月余额和当前余额的差额，是否与本月账单明细一致。
• 希望在校对过程中，即使有用户发生了一笔新的交易，也不影响校对结果 这时候“可重复读”就很合适。

4 undo log

MySQL的每条记录在更新时都会同时记录一条回滚操作。记录上的最新值，通过回滚操作，都可得到前一个状态的值。

4.1 示例

一个值从1被按顺改成2、3、4，undo log中的记录：

回滚段(rollback segment)

当前值4，但在查询该记录时，在不同时刻启动事务有不同read-view。 在视图A、B、C，该记录的值分别是1、2、4，同一记录在系统中可存在多版本，即多版本并发控制（MVCC）。

对read-view A，要得到1，就必须将当前值依次执行图中所有的回滚操作。 即使现在有另外一个事务正在将4改成5，这个事务跟read-view A、B、C对应的事务不会冲突。

• 何时删除undo log 不需要时才删除。即系统会自己判断，当没有事务再用到这些undo log，undo log就会被删除。
• 何时不需要undo log 当系统里没有比该undo log更早的read-view时。

4.2 意义

保证事务的原子性。

• 事务回滚，一致性读、崩溃恢复
• 记录事务回滚时所需的撤销操作
• 一条 INSERT 语句，对应一条 DELETE 的 undo log
• 每个 UPDATE 语句，对应一条相反 UPDATE 的 undo log

4.3 保存位置

• system tablespace (MySQL 5.7默认)
• undo tablespaces (MySQL 8.0默认)

5 多版本并发控制（MVCC）

使InnoDB支持一致性读：

• READ COMMITTED
• REPEATABLE READ

让查询不被阻塞、无需等待被其他事务持有的锁，可以增加并发度。

InnoDB保留被修改行的旧版本。查询正在被其他事务更新的数据时，会读取更新之前的版本。每行数据都存在一个版本号，每次更新时都更新该版本。

聚簇索引的更新=替换更新 二级索引的更新=删除+新建

6 事务启动方式

6.1 显式启动事务

begin 或 start transaction 开启事务：

• 提交语句 commit
• 回滚语句 rollback

6.2 set autocommit=1

set autocommit=0 

将该线程的自动提交关闭。如果你只执行一个select，事务就启动了，且不会自动提交。 该事务会持续存在，直到主动执行commit 或 rollback，或断开连接。

有些客户端连接框架会默认连接成功后先执行

set autocommit=0

导致接下来的查询都在事务中，若是长连接，就导致意外的长事务。 因此建议总用

set autocommit=1

显式启动事务。

频繁事务的业务，第二种方式每个事务在开始时都不需要主动执行一次 “begin”，减少了语句交互次数。如果你也有这个顾虑，建议使用commit work and chain。

autocommit为1时，用begin显式启动的事务，若执行commit，则提交事务。 若执行 commit work and chain，则是提交事务并自动启动下个事务，省去执行begin语句的开销。从程序开发的角度也能明确知道每个语句是否处于事务。

7 查询长事务

information_schema库的innodb_trx表中查询长事务

• 查找持续时间超过60s的事务。

select * from information_schema.innodb_trx where
TIME_TO_SEC(timediff(now(),trx_started))>60

8 日备 V.S 周备

好处是“最长恢复时间”更短。

• 一天一备 最坏情况下需要应用一天的binlog。比如，你每天0点做一次全量备份，而要恢复出一个到昨天晚上23点的备份
• 一周一备 最坏情况就要应用一周的binlog啦！

系统的对应指标是RTO（恢复目标时间）。 当然这个是有成本的，因为更频繁全量备份需要消耗更多存储空间，所以这个RTO是成本换来的，需要根据业务评估。

9 避免长事务对业务的影响

长事务意味着系统里面会存在很老的事务视图。由于这些事务随时可能访问db里的任何数据，所以该事务提交之前，db里它可能用到的回滚记录都必须保留，导致大量占存储。

在MySQL 5.5及以前，undo log是跟数据字典一起放在ibdata文件，即使长事务最终提交，回滚段被清理，文件也不会变小。

除了对回滚段影响，长事务还占用锁资源，可能拖慢全库。

9.1 应用开发端

确认是否使用

set autocommit=0

确认可在测试环境中，把MySQL的general_log开启，随便跑个业务逻辑，通过general_log确认。 一般框架如果设置该值，也会提供参数来控制，目标就是把它改成1。

确认是否有不必要的只读事务。有些框架不管什么语句先begin/commit框。有些是业务并没有这需要，但也把好几个select语句放到事务。这种只读事务可以去掉。

业务连接数据库时，根据业务预估，通过SET MAX_EXECUTION_TIME命令，控制每个语句执行最长时间，避免单语句意外执行太长时间。

9.2 数据库端

监控 information_schema.Innodb_trx表，设置长事务阈值，超过就报警/或者kill。

Percona的pt-kill这个工具不错，推荐。

在业务功能测试阶段要求输出所有的general_log，分析日志行为提前发现问题。 使用的MySQL 5.6或更新版本，把innodb_undo_tablespaces设置成2或更大值。如果真的出现大事务导致回滚段过大，这样设置后清理起来更方便。