Interviewer: Wie implementiert MySQL ACID?-JavaInterview Fragen-php.cn

Im Interview muss der Interviewer nur nach der ACID von MySQL fragen und kann dann sofort den achtteiligen Aufsatz rezitieren (manche Leute können ihn möglicherweise noch nicht beantworten). Was noch ekelhafter ist, ist, dass einige Interviewer sich nicht an die Routine halten und weiterhin fragen: Wie implementiert MySQL ACID?

Sie sind verwirrt. Um ehrlich zu sein, kann diese Frage 95 % der Menschen abschrecken.

Heute geht es in diesem Artikel hauptsächlich um das Implementierungsprinzip von ACID unter der MySQL InnoDB -Engine. Es geht nicht zu sehr auf Grundkenntnisse ein, z. B. was eine Transaktion ist und was die Isolationsstufe bedeutet.

ACID

Wie garantiert MySQL als relationale Datenbank ACID basierend auf der gängigsten InnoDB-Engine?

（Atomizität）Atomizität: Transaktion ist die kleinste Ausführungseinheit und erlaubt keine Teilung. Atomarität stellt sicher, dass Aktionen entweder vollständig abgeschlossen sind oder überhaupt keine Wirkung haben;
(Konsistenz) Konsistenz: Daten bleiben vor und nach der Ausführung einer Transaktion konsistent; Datenbank gleichzeitig, eine Transaktion wird nicht durch andere Transaktionen beeinträchtigt.
(Haltbarkeit) Haltbarkeit: Nach Abschluss einer Transaktion. Änderungen an Daten in der Datenbank bleiben bestehen, auch wenn die Datenbank ausfällt.

Isolation

Lassen Sie uns zunächst über Isolation sprechen. Das erste sind die vier Isolationsstufen.

Isolationsstufe Nach dem Absenden werden die vorgenommenen Änderungen von anderen Transaktionen gesehen

Wiederholbares Lesen	Bei einer Transaktion ist das Ergebnis des Lesens derselben Daten immer dasselbe, unabhängig davon, ob andere Transaktionen mit den Daten arbeiten und ob die Transaktion festgeschrieben ist. InnoDB-Standardebene.
Serialisierung	Transaktionen werden seriell ausgeführt. Lese- und Schreibvorgänge blockieren sich gegenseitig, wodurch die Parallelität des Systems beeinträchtigt wird.

Unterschiedliche Isolationsstufen sollen unterschiedliche Probleme lösen. Das heißt, Dirty Reads, Phantom Reads und nicht wiederholbare Reads.

🏜 Wiederholbares LesenKein Erscheinen erlaubt

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
Erscheinen nicht erlaubt	Kann erscheinen
Serialisierung	nicht erlaubt	nicht erlaubt	nicht erlaubt

Also unterschiedliche Isolationsstufen, wie wird Isolation erreicht und warum können sich verschiedene Dinge nicht gegenseitig stören? Die Antwort ist Locks und MVCC.

Sperren

Lass uns zunächst über Sperren sprechen. Wie viele Sperren hat MySQL?

Granularität

In Bezug auf die Granularität bedeutet dies Tabellensperren, Seitensperren und Zeilensperren. Zu den Tabellensperren gehören absichtliche gemeinsame Sperren, absichtliche exklusive Sperren, selbsterhöhende Sperren usw. Zeilensperren werden von jeder Engine auf Engine-Ebene implementiert. Aber nicht alle Engines unterstützen Zeilensperren. Beispielsweise unterstützt die MyISAM-Engine keine Zeilensperren.

Arten von Zeilensperren

In InnoDB-Transaktionen werden Zeilensperren durch Sperren von Indexeinträgen im Index implementiert. Dies bedeutet, dass InnoDB Sperren auf Zeilenebene nur verwendet, wenn Daten über Indexbedingungen abgerufen werden, andernfalls werden Tabellensperren verwendet. Sperren auf Zeilenebene werden ebenfalls in zwei Typen unterteilt: gemeinsame Sperren und exklusive Sperren sowie beabsichtigte gemeinsame Sperren und beabsichtigte exklusive Sperren, die vor dem Sperren erworben werden müssen.

Gemeinsame Sperre: Lesesperre, andere Transaktionen dürfen eine S-Sperre hinzufügen, andere Transaktionen dürfen keine X-Sperre hinzufügen, dh andere Transaktionen können nur lesen, aber nicht schreiben. select...im Freigabemodus sperren Sperren. select...lock in share mode 加锁。
排它锁：写锁，不允许其他事务再加S锁或者X锁。insert、update、delete、for update

Exklusive Sperre: Schreibsperre, keine anderen Transaktionen dürfen eine S- oder X-Sperre hinzufügen. insert, update, delete, for updateLock.

Die Zeilensperre wird hinzugefügt

, wenn sie benötigt wird. Sie wird jedoch nicht sofort freigegeben, wenn sie nicht mehr benötigt wird, sondern erst am Ende der Transaktion. Dies ist das Zwei-Phasen-Sperrprotokoll. 🎜🎜

Zeilensperr-Implementierungsalgorithmus

Datensatzsperre

Eine Sperre für einen einzelnen Zeilendatensatz sperrt immer den Indexdatensatz.

Lückensperre

Lückensperre, denken Sie über den Grund für das Phantomlesen nach. Tatsächlich können Zeilensperren nur Zeilen sperren, aber beim Einfügen neuer Datensätze muss die „Lücke“ zwischen Datensätzen aktualisiert werden. Fügen Sie also eine Lückensperre hinzu, um das Phantomlesen zu lösen.

Next-Key Lock

Gap Lock + Record Lock, offen und geschlossen gelassen.

Die Isolierung von Schlössern

Eine allgemeine Einführung in das untere Schloss, Sie können es sehen. Wenn eine Transaktion Daten schreibt, können andere Transaktionen bei Sperren die Schreibsperre nicht erhalten und keine Daten schreiben. Dadurch wird die Isolation zwischen Transaktionen bis zu einem gewissen Grad sichergestellt. Aber wie bereits erwähnt, warum können andere Transaktionen nicht auch Daten lesen, wenn eine Schreibsperre hinzugefügt wird?

MVCC

Wie bereits erwähnt, kann die aktuelle Transaktion mit der Sperre die Daten nicht ohne Schreibsperre ändern, sie können jedoch weiterhin gelesen werden. Und beim Lesen, auch wenn die Datenzeile von anderen Transaktionen geändert und übermittelt wurde. Derselbe Zeilenwert kann immer noch wiederholt gelesen werden. Dies ist MVCC, Multi-Version-Parallelitätskontrolle, Multi-Version-Parallelitätskontrolle.

Versionskette

Das Speicherformat von Zeilendatensätzen in Innodb verfügt über einige zusätzliche Felder: DATA_TRX_ID und DATA_ROLL_PTR.

DATA_TRX_ID: Versionsnummer der Datenzeile. Wird verwendet, um die Transaktions-ID zu identifizieren, die den Datensatz dieser Zeile kürzlich geändert hat.

DATA_ROLL_PTR: Zeiger auf das Rollback-Segment der Zeile. Alle in dieser Zeile erfassten alten Versionen sind in Form einer verknüpften Liste in undo log organisiert.

Protokoll rückgängig machen: Zeichnen Sie das Protokoll auf, bevor die Daten geändert werden. Dies wird später ausführlich erläutert.

ReadView

wird am Anfang jeder SQL erstellt und verfügt über mehrere wichtige Attribute:

trx_ids: Eine Sammlung aktiver (nicht festgeschriebener) Transaktionsversionsnummern im aktuellen System.

low_limit_id: „Die maximale Transaktionsversionsnummer+1 des aktuellen Systems“ beim Erstellen der aktuellen Leseansicht.

up_limit_id:Wenn die aktuelle Leseansicht erstellt wird, „das System befindet sich in aktiver TransaktionMindestversionsnummer“

creator_trx_id:Die Transaktionsversionsnummer, wenn die aktuelle Leseansicht erstellt wird;

Abfrage starten

Jetzt starten Sie die Abfrage, ein Select kommt vorbei und eine Datenzeile wird gefunden.

DATA_TRX_ID
DATA_TRX_ID >= low_limit_id:

Gibt an, dass die Daten generiert werden, nachdem die aktuelle Leseansicht erstellt wurde, und die Daten nicht angezeigt werden.

Was tun, wenn sie nicht angezeigt wird? Suchen Sie die historische Version gemäß DATA_ROLL_PTR. Wenn sie nicht gefunden wird, lassen Sie sie leer.

up_limit_id <low_limit_id: Dies hängt von der Isolationsstufe ab.

Phantom-Read auf RR-Ebene

Mit Sperren und MVCC wird die Transaktionsisolation gelöst. Lassen Sie mich hier näher darauf eingehen. Löst die Standard-RR-Stufe das Phantomlesen? Phantomlesung zielt normalerweise auf INSERT und Nichtwiederholbarkeit auf UPDATE ab.

Wir haben erwartet, dass es
id name 1 A 2 B
Nach dem Login kopieren
ist. Es stellte sich tatsächlich als
id name 1 B 2 B
Nach dem Login kopieren
heraus. Tatsächlich löst die Isolationsstufe des wiederholbaren MySQL-Lesevorgangs das Problem des Phantomlesens nicht vollständig, löst jedoch das Problem des Phantomlesens beim Lesen von Daten. Bei Änderungsvorgängen besteht immer noch ein Phantomleseproblem, was bedeutet, dass MVCC Phantomlesevorgänge nicht vollständig löst.
Atomizität
Lassen Sie uns über Atomizität sprechen. Wie bereits erwähnt, führt das Rückgängigmachen des Protokolls zu einem Rollback des Protokolls. Um die Isolation zu erreichen, ist MVCC tatsächlich darauf angewiesen, ebenso wie die Atomizität. Der Schlüssel zum Erreichen der Atomizität besteht darin, alle erfolgreich ausgeführten SQL-Anweisungen rückgängig machen zu können, wenn die Transaktion zurückgesetzt wird.
Wenn eine Transaktion die Datenbank ändert, generiert InnoDB das entsprechende Rückgängig-Protokoll. Wenn die Transaktionsausführung fehlschlägt oder ein Rollback aufgerufen wird, wodurch die Transaktion zurückgesetzt wird, können die Informationen im Rückgängig-Protokoll zum Zurücksetzen der Daten verwendet werden so wie es vor dem Umbau war. Das Rückgängig-Protokoll ist ein logisches Protokoll, das Informationen zur SQL-Ausführung aufzeichnet. Wenn ein Rollback auftritt, führt InnoDB basierend auf dem Inhalt des Rückgängig-Protokolls das Gegenteil der vorherigen Arbeit aus:

Bei jedem Einfügen wird beim Zurücksetzen ein Löschen ausgeführt.

Bei jedem Löschen wird beim Zurücksetzen ein Einfügen ausgeführt.

Bei jedem Update wird beim Zurücksetzen ein entgegengesetztes Update ausgeführt die Daten zurück.

Nehmen Sie den Aktualisierungsvorgang als Beispiel: Wenn eine Transaktion eine Aktualisierung ausführt, enthält das generierte Rückgängig-Protokoll den Primärschlüssel der geänderten Zeile (um zu wissen, welche Zeilen geändert wurden), welche Spalten geändert wurden. und die Werte dieser Spalten vor und nach der Änderung. Beim Rollback können Sie diese Informationen verwenden, um die Daten in den Zustand vor der Aktualisierung zurückzusetzen.
Persistenz
Innnodb verfügt über viele Protokolle und die Persistenz basiert auf dem Redo-Protokoll.
So führen Sie eine SQL-Update-Anweisung aus
Persistenz hängt definitiv mit dem Schreiben zusammen. Der vollständige Name von WAL lautet Write-Ahead Logging die Festplatte. Genau wie bei Geschäften in einem kleinen Laden gibt es eine rosa Tafel und ein Geschäftsbuch. Wenn Gäste kommen, schreiben Sie zuerst auf die rosa Tafel und notieren Sie sich dann das Geschäftsbuch, wenn Sie nicht beschäftigt sind.
Redo-Log
Redo-Log ist dieses Pinkboard. Wenn ein Datensatz aktualisiert werden muss, schreibt die InnoDB-Engine den Datensatz zuerst in das Redo-Log (und aktualisiert den Speicher). Zu diesem Zeitpunkt ist die Aktualisierung abgeschlossen. Zu gegebener Zeit wird dieser Vorgangsdatensatz auf der Festplatte aktualisiert. Diese Aktualisierung erfolgt häufig, wenn das System relativ inaktiv ist, genau wie es der Ladenbesitzer nach dem Schließen tut.
Redo-Log hat zwei Funktionen:

Feste Größe, zyklisches Schreiben

Absturzsicher

Für Redo-Log gibt es zwei Phasen: Commit und Prepare. Wenn Sie nicht „Zwei-Phasen-Commit“ verwenden, den Status der Datenbank Möglicherweise unterscheidet sich der Status der aus dem Protokoll wiederhergestellten Bibliothek. Schauen wir uns zunächst den anderen Status an.
Pufferpool
InnoDB stellt auch Cache bereit. Der Pufferpool enthält die Zuordnung einiger Datenseiten auf der Festplatte, die als Puffer für den Zugriff auf die Datenbank dient:

Beim Lesen von Daten werden diese zuerst aus dem Pufferpool gelesen. Wenn sie sich nicht im Pufferpool befinden, werden sie von der Festplatte gelesen und in den Pufferpool gestellt.

Beim Schreiben von Daten in die Datenbank , es wird zuerst geschrieben Geben Sie den Pufferpool ein und die geänderten Daten im Pufferpool werden regelmäßig auf der Festplatte aktualisiert.

Die Verwendung des Pufferpools verbessert die Effizienz beim Lesen und Schreiben von Daten erheblich, bringt jedoch auch neue Probleme mit sich: Wenn MySQL ausfällt und die geänderten Daten im Pufferpool nicht auf die Festplatte geleert wurden, führt dies zu Datenverlust Bei Verlust ist die Dauerhaftigkeit der Transaktion nicht gewährleistet.
Also bin ich dem Redo-Log beigetreten. Wenn die Daten geändert werden, wird der Vorgang zusätzlich zur Änderung der Daten im Pufferpool auch im Redo-Protokoll aufgezeichnet.
Wenn die Transaktion übermittelt wird, wird die fsync-Schnittstelle aufgerufen, um das Redo-Protokoll zu leeren.
Wenn MySQL ausfällt, können Sie die Daten im Redo-Log auslesen und die Datenbank beim Neustart wiederherstellen.
Redo-Protokoll verwendet WAL (Write-Ahead-Protokollierung, Write-Ahead-Protokoll) Alle Änderungen werden zuerst in das Protokoll geschrieben und dann im Pufferpool aktualisiert, um sicherzustellen, dass die Daten nicht aufgrund von MySQL-Ausfallzeiten verloren gehen und somit die Haltbarkeit gewährleistet ist Erfordern. Und das hat zwei Vorteile:

Dirty-Page-Flushing ist zufälliges IO, Redo-Log-sequentielles IO

Dirty-Page-Flushing basiert auf der Seite, und die gesamte Seite der Änderungen auf einer Seite muss geschrieben werden, während das Redo-Log nur ungültige IO enthält, die wirklich benötigt werden geschrieben werden reduzieren.

binlog
Apropos, Sie fragen sich vielleicht, dass es auch ein Bin-Protokoll gibt, das auch für Schreibvorgänge und zur Datenwiederherstellung verwendet wird. Was ist der Unterschied?

Ebene: Redo-Protokoll ist einzigartig für die innoDB-Engine und die Serverschicht heißt Binlog (Archivprotokoll)

Inhalt: Redolog ist ein physisches Protokoll, das aufzeichnet, „welche Änderungen auf einer bestimmten Datenseite vorgenommen wurden“; binlog ist logisch. Das Protokoll ist die ursprüngliche Logik der Anweisung, z. B. „Füge 1 zum c-Feld der Zeile mit ID = 2 hinzu“

Schreiben: Redolog wird in einer Schleife geschrieben und verfügt über viele Schreibmöglichkeiten, Binlog wird angehängt und geschrieben, wenn die Transaktion festgeschrieben wird

Binlog und Redo-Log
für Anweisungen update T set c=c+1 where ID=2;

Der Executor sucht zunächst nach der Engine, um die Zeilen-ID=2 zu erhalten. Die ID ist der Primärschlüssel und kann direkt über die Baumsuche gefunden werden. Wenn sich die Datenseite, auf der sich die Zeile mit der ID = 2 befindet, im Speicher befindet, wird sie direkt an den Executor zurückgegeben. Andernfalls muss sie zuerst von der Festplatte in den Speicher gelesen und dann zurückgegeben werden.

Der Executor ruft die von der Engine bereitgestellten Zeilendaten ab, addiert 1, N+1 zu diesem Wert, um eine neue Datenzeile zu erhalten, und ruft dann die Engine-Schnittstelle auf, um diese neue Datenzeile zu schreiben.

Die Engine aktualisiert diese neue Datenzeile im Speicher und zeichnet den Aktualisierungsvorgang im Redo-Log auf. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Redo-Log im Vorbereitungsstatus. Informieren Sie anschließend den Testamentsvollstrecker darüber, dass die Ausführung abgeschlossen ist und die Transaktion jederzeit eingereicht werden kann.

Der Executor generiert das Binlog dieses Vorgangs und schreibt das Binlog auf die Festplatte.

Der Executor ruft die Commit-Transaktionsschnittstelle der Engine auf, und die Engine ändert das gerade geschriebene Redo-Protokoll in den Commit-Status, und die Aktualisierung ist abgeschlossen

Warum zuerst das Redo-Log schreiben?

Zuerst wiederholen und dann bin: Binlog geht verloren, ein Update fehlt und nach der Wiederherstellung ist es immer noch 0.

Zuerst entsorgen und dann wiederholen: Es gibt eine weitere Transaktion und nach der Wiederherstellung ist sie 1.

Konsistenz
Konsistenz ist das ultimative Ziel von Transaktionen. Die in der vorherigen Frage erwähnte Atomizität, Persistenz und Isolation dienen tatsächlich dazu, die Konsistenz des Datenbankstatus sicherzustellen. Natürlich sind dies alles Garantien auf Datenbankebene, und die Implementierung der Konsistenz erfordert auch Garantien auf Anwendungsebene.
Das heißt, für Ihr Unternehmen zieht der Kaufvorgang beispielsweise nur das Guthaben des Benutzers ab und reduziert nicht den Lagerbestand. Es ist definitiv unmöglich, sicherzustellen, dass der Status konsistent ist.
Zusammenfassung
Wir sind alle mit MySQL vertraut und wissen auch, was ACID ist, aber wie wird die ACID von MySQL implementiert?
Manchmal wissen Sie zwar, dass es ein Undo-Log und ein Redo-Log gibt, aber Sie wissen möglicherweise nicht, warum es sie gibt. Wenn Sie den Zweck des Designs kennen, wird es klarer.

Ding 1 Ding 2

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Ding 1	Ding 2
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