MySQL怎么实现原子性的流程详解(以UPDATE为例)_Mysql

前言

首先，应该想到innodb存储引擎，因为它是mysql默认支持事务的引擎。myisam不支持事务，所以可能不适用。实现原子性关键在于undo log，undo log记录了sql执行之前的状态，以便回滚恢复数据。

另外，事务的提交和回滚机制也很重要。当用户执行一个事务时，所有的修改操作会先记录到undo log中，如果事务成功提交，这些修改才会被持久化到磁盘；如果事务回滚，系统会利用undo log将数据恢复到事务开始前的状态。

还需要考虑redo log，虽然redo log主要是保证持久性，但它在事务提交时也起到关键作用，确保即使系统崩溃，已提交的事务修改也不会丢失。但现在问题是原子性，所以可能更侧重于undo log和事务的回滚机制。

还有一方面，锁机制也可能有关联。比如，在事务执行期间，相关的数据会被加锁，防止其他事务干扰，这有助于保证事务的原子性，因为在一个事务未完成前，其他事务不能修改相同的数据，从而避免中间状态被看到。

undo的工作流程大致为，当事务开始时，innodb会生成一个undo log记录旧值。如果在事务中执行了insert、update或delete操作，这些操作的反向操作会被记录到undo log中。如果事务需要回滚，就利用这些undo log来撤销更改。

还有一个点是，原子性不仅包括回滚，还包括提交时的原子性。在提交时，所有修改必须一次性写入到redo log和binlog中，确保即使系统崩溃，也能通过日志恢复事务的状态。这里可能涉及到两阶段提交（2pc）协议，协调redo log和binlog的写入，保证两者的日志一致性，从而确保事务的原子性。

在此之前必须了解原子性的基本概念。

总结一下，mysql实现原子性的关键点包括：undo log记录修改前的数据状态，用于回滚；事务提交时的两阶段提交机制，确保日志的原子性写入；以及锁机制保证事务执行期间的隔离性，间接支持原子性。

mysql 通过 undo log（回滚日志）、事务提交机制和 innodb 存储引擎的原子性设计来实现事务的原子性，确保事务中的操作要么全部成功，要么全部回滚。下面章节是具体实现原理。

一、原子性的定义

原子性（atomicity）要求事务是一个不可分割的操作单元，事务中的操作要么全部成功提交，要么全部失败回滚，不会停留在中间状态。

二、实现原子性的核心技术

2.1. undo log（回滚日志）

作用：记录事务修改前的数据状态，用于事务回滚。
实现细节：
- 每个事务开始时，innodb 会为其生成一个 undo log segment。
- 对数据的增删改操作（insert/delete/update）会先记录到 undo log 中：
  - insert：记录新插入数据的主键，回滚时根据主键删除。
  - delete：记录删除前的完整数据，回滚时重新插入。
  - update：记录修改前的旧值，回滚时恢复旧值。
生命周期：
- 事务提交后，undo log 不会立即删除，而是等待可能存在的其他事务（如 mvcc 读）不再需要时，由后台线程清理。

2.2 事务提交与回滚机制

事务提交（commit）：
- 将事务的所有修改写入内存中的 buffer pool。
- 将修改的 redo log（重做日志）写入磁盘（innodb_flush_log_at_trx_commit=1 时强制刷盘）。
  标记事务为已提交，释放相关锁资源。
事务回滚（rollback）：
- 根据 undo log 中的记录反向执行操作（如删除新增数据、恢复旧值）。
- 清理事务相关的锁和 undo log。

2.3. 崩溃恢复（crash recovery）

若事务未提交时 mysql 崩溃：
- 重启后，通过 undo log 回滚未提交的事务。
若事务已提交但数据未持久化到磁盘：
- 通过 redo log 重放已提交的事务操作，确保数据持久性。

三、原子性的实现流程（以 update 为例）

1.事务开始：

start transaction;

2.执行 update 操作：

update users set balance = balance - 100 where id = 1;

innodb 将旧值 balance = 200 写入 undo log。

3.事务提交：

commit;

写入 redo log 并刷盘，标记事务完成。

4.事务回滚：

rollback;

根据 undo log 将 balance 恢复为 200。

四、关键设计与优化

两阶段提交（2pc）

协调 redo log 和 binlog：
- prepare 阶段：写入 redo log，标记为 prepare 状态。
- commit 阶段：写入 binlog，标记 redo log 为 commit 状态。
作用：确保事务日志的一致性，即使崩溃也能通过日志恢复原子性

mvcc（多版本并发控制）

依赖 undo log：为每个读操作提供事务开始时的数据快照。
实现原子性隔离：确保事务回滚时，其他事务不会看到中间状态。

锁机制

行锁、表锁：在事务执行期间锁定资源，防止其他事务干扰。
隐式锁：通过 undo log 的可见性判断实现非阻塞读。

五、原子性与其他 acid 属性的协作

六、验证原子性的示例

场景：转账操作（a 转 100 给 b）

start transaction;
update accounts set balance = balance - 100 where user = 'a';
update accounts set balance = balance + 100 where user = 'b';
commit;