ACID 的作用以及实现原理

数据库事务的四大特性，分别是原子性、一致性、隔离性和持久性，简称为ACID。本文是对四大特性及它们在MySQL中的实现原理的介绍。

原子性

原子性是指一个事务是一个不可分割的工作单位，其中的操作要么都做，要么都不做。

如果事务中一个sql语句执行失败，则已执行的语句也必须回滚，数据库退回到事务前的状态。因此实现原子性的关键，是当事务回滚时能够撤销所有已经成功执行的sql语句。

首先我们要简单了解InnoDB存储引擎提供的两种事务日志：redo log(重做日志)和undo log(回滚日志)。redo log用于保证事务持久性；undo log则是事务原子性和隔离性实现的基础。

InnoDB实现回滚，靠的是undo log：当事务对数据库进行修改时，InnoDB会生成对应的undo log；如果事务执行失败或调用了rollback，导致事务需要回滚，便可以利用undo log中的信息将数据回滚到修改之前的样子。

持久性

持久性是指事务一旦提交，它对数据库的改变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不应该对其有任何影响。

InnoDB作为MySQL的存储引擎，数据是存放在磁盘中的，但如果每次读写数据都需要磁盘IO，效率会很低。为此，InnoDB提供了缓存(Buffer Pool)，Buffer Pool中包含了磁盘中部分数据页的映射，作为访问数据库的缓冲：当从数据库读取数据时，会首先从Buffer Pool中读取，如果Buffer Pool中没有，则从磁盘读取后放入Buffer Pool；当向数据库写入数据时，会首先写入Buffer Pool，Buffer Pool中修改的数据会定期刷新到磁盘中（这一过程称为刷脏）。

Buffer Pool的使用大大提高了读写数据的效率，但是也带了新的问题：如果MySQL宕机，而此时Buffer Pool中修改的数据还没有刷到磁盘，就会导致数据的丢失。于是，redo log被引入来解决这个问题：当数据修改时，除了修改Buffer Pool中的数据，还会在redo log记录这次操作；当事务提交时，会调用fsync接口对redo log进行刷盘。如果MySQL宕机，重启时可以读取redo log中的数据，对数据库进行恢复。redo log采用的是WAL（Write-ahead logging，预写式日志），所有修改先写入日志，再更新到Buffer Pool，保证了数据不会因MySQL宕机而丢失，从而满足了持久性要求。

隔离性

隔离性是指，事务内部的操作与其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。

隔离性追求的是并发情形下事务之间互不干扰，这与多线程程序的执行过程类似。简单起见，我们仅考虑最简单的读操作和写操作(暂时不考虑带锁读等特殊操作)，那么隔离性的探讨，主要可以分为两个方面：

(一个事务)写操作对(另一个事务)写操作的影响：锁机制保证隔离性

(一个事务)写操作对(另一个事务)读操作的影响：MVCC(多版本并发控制)保证隔离性。

如果一个事务A在执行写操作时，如果遇到另一个事务B想要执行写操作，那么B的写操作是会被阻塞的，至于锁住的是数据行还是整个表，这要看隔离级别(级别越高越安全，但是效率也越低)；而事务B如果想要执行的是读操作，它将被允许通过MVCC提供的数据版本信息来读数据。

一致性

一致性是指事务执行结束后，数据库的完整性约束没有被破坏，事务执行的前后都是合法的数据状态。数据库的完整性约束包括但不限于：实体完整性（如行的主键存在且唯一）、列完整性（如字段的类型、大小、长度要符合要求）、外键约束、用户自定义完整性（如转账前后，两个账户余额的和应该不变）。

我对一致性的理解是：数据库能正确地执行事务。数据库本身的完整性约束不会被破坏，事务的逻辑能够成功地执行并对数据产生正确的影响。

实现一致性的措施包括：

保证原子性、持久性和隔离性，如果这些特性无法保证，事务的一致性也无法保证

数据库本身提供保障，例如不允许向整形列插入字符串值、字符串长度不能超过列的限制等

应用层面进行保障，例如如果转账操作只扣除转账者的余额，而没有增加接收者的余额。