浅析事务是什么、mysql是如何实现事务提交和回滚的、保证事务持久性redo log的实现原理、保证事务一致性undo log的实现原理、事务ACID特性及其实现原理
事务是MySQL等关系型数据库区别于NoSQL的重要方面，是保证数据一致性的重要手段。
一、什么是事务
事务是由数据库中一系列的访问和更新组成的逻辑执行单元。事务的逻辑单元中可以是一条SQL语句，也可以是一段SQL逻辑，这段逻辑要么全部执行成功，要么全部执行失败。
举个最常见的例子，你早上出去买早餐，支付宝扫码付款给早餐老板，这就是一个简单的转账过程，会包含两步：（1）从你的支付宝账户扣款10元；（2）早餐老板的账户增加10元。这两步其中任何一步出现问题，都会导致整个账务出现问题。
假如你的支付宝账户扣款10元失败，早餐老板的账户增加成功，那你就Happy了，相当于马云请你吃早餐了；
假如你的支付宝账户扣款10元成功，早餐老板的账户增加失败，那你就悲剧了，早餐老板不会放过你，会让你重新付款，相当于你请马云吃早餐了；
事务就是用来保证一系列操作的原子性，上述两步操作，要么全部执行成功，要么全部执行失败。
数据库为了保证事务的原子性和持久性，引入了 redo log 和 undo log。
二、事务的4个特性
ACID是衡量事务的四个特性：
- 原子性（Atomicity，或称不可分割性）
- 一致性（Consistency）
- 隔离性（Isolation）
- 持久性（Durability）
按照严格的标准，只有同时满足ACID特性才是事务；但是在各大数据库厂商的实现中，真正满足ACID的事务少之又少。例如MySQL的NDB Cluster事务不满足持久性和隔离性；InnoDB默认事务隔离级别是可重复读，不满足隔离性；Oracle默认的事务隔离级别为READ COMMITTED，不满足隔离性……因此与其说ACID是事务必须满足的条件，不如说它们是衡量事务的四个维度。
三、持久性 - redo log
1、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。
2、实现原理：采用 redo log
redo log 和 undo log 都属于InnoDB的事务日志。下面先聊一下redo log存在的背景：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新到磁盘，就会导致数据的丢失，事务的持久性无法保证。
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。
既然 redo log 也需要在事务提交时将日志写入磁盘，为什么它比直接将Buffer Pool中修改的数据写入磁盘(即刷脏)要快呢？主要有以下两方面的原因：
（1）刷脏是随机IO，因为每次修改的数据位置随机，但写redo log是追加操作，属于顺序IO。
（2）刷脏是以数据页（Page）为单位的，MySQL默认页大小是16KB，一个Page上一个小修改都要整页写入；而redo log中只包含真正需要写入的部分，无效IO大大减少。
3、redo log 介绍
redo log 是重做日志，通常是物理日志，记录的是物理数据页的修改，它用来恢复提交后的物理数据页
如上图所示，redo log分为两部分：
（1）内存中的redo log Buffer是日志缓冲区，这部分数据是容易丢失的
（2）磁盘上的redo log file是日志文件，这部分数据已经持久化到磁盘，不容易丢失
SQL操作数据库之前，会先记录重做日志，为了保证效率会先写到日志缓冲区中（redo log Buffer），再通过缓冲区写到磁盘文件中进行持久化，既然有缓冲区说明数据不是实时写到redo log file中的，那么假如redo log写到缓冲区后，此时服务器断电了，那redo log岂不是会丢失？
在MySQL中可以自已控制log buffer刷新到log file中的频率，通过innodb_flush_log_at_trx_commit参数可以设置事务提交时log buffer如何保存到log file中，innodb_flush_log_at_trx_commit参数有3个值(0、1、2)，表示三种不同的方式：
（1）为1：表示事务每次提交都会将log buffer写入到os buffer，并调用操作系统的fsync()方法将日志写入log file，这种方式的好处是就算MySQL崩溃也不会丢数据，redo log file保存了所有已提交事务的日志，MySQL重新启动后会通过redo log file进行恢复。但这种方式每次提交事务都会写入磁盘，IO性能较差。
（2）为0：表示事务提交时不会将log buffer写入到os buffer中，而是每秒写入os buffer然后调用fsync()方法将日志写入log file，这种方式在MySQL系统崩溃时会丢失大约1秒钟的数据。
（2）为2：表示事务每次提交仅将log buffer写入到os buffer中，然后每秒调用fsync()方法将日志写入log file，这种方式在MySQL崩溃时也会丢失大约1秒钟的数据。
四、原子性 - undo log
1、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。
2、实现原理：采用 undo log
在说明原子性原理之前，首先介绍一下MySQL的事务日志。MySQL的日志有很多种，如二进制日志、错误日志、查询日志、慢查询日志等，此外InnoDB存储引擎还提供了两种事务日志：redo log(重做日志)和undo log(回滚日志)。其中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。
下面说回undo log。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。
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。
3、undo log 介绍
undo log 是回滚日志，用来回滚行记录到某个版本，undo log一般是逻辑日志，根据行的数据变化进行记录。
undo log 跟 redo log 一样也是在SQL操作数据之前记录的，也就是SQL操作先记录日志，再进行操作数据。
如上图所示，SQL操作之前会先记录 redo log、undo log 到日志缓冲区，日志缓冲区的数据会记录到os buffer中，再通过调用fsync()方法将日志记录到log file中。
undo log 属于逻辑日志，它记录的是sql执行相关的信息。可以简单的理解为：当insert一条记录时，undo log会记录一条对应的delete语句；当update一条语句时，undo log记录的是一条与之操作相反的语句。当事务需要回滚时，可以从undo log中找到相应的内容进行回滚操作，回滚后数据恢复到操作之前的状态。
当发生回滚时，InnoDB会根据undo log的内容做与之前相反的工作：对于每个insert，回滚时会执行delete；对于每个delete，回滚时会执行insert；对于每个update，回滚时会执行一个相反的update，把数据改回去。
以update操作为例：当事务执行update时，其生成的undo log中会包含被修改行的主键(以便知道修改了哪些行)、修改了哪些列、这些列在修改前后的值等信息，回滚时便可以使用这些信息将数据还原到update之前的状态。
总结：MySQL中是如何实现事务提交和回滚的：
1、为了保证数据的持久性，数据库在执行SQL操作数据之前会先记录redo log和undo log；
2、redo log是重做日志，通常是物理日志，记录的是物理数据页的修改，它用来恢复提交后的物理数据页；
3、undo log是回滚日志，用来回滚行记录到某个版本，undo log一般是逻辑日志，根据行的数据变化进行记录；
4、redo/undo log都是写先写到日志缓冲区，再通过缓冲区写到磁盘日志文件中进行持久化保存；
5、undo日志还有一个用途就是用来控制数据的多版本（MVCC）
简单理解就是：
redo log是用来恢复数据的，用于保障已提交事务的持久性；
undo log是用来回滚事务的，用于保障未提交事务的原子性。
五、隔离性
1、定义
与原子性、持久性侧重于研究事务本身不同，隔离性研究的是不同事务之间的相互影响。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。严格的隔离性，对应了事务隔离级别中的Serializable (可串行化)，但实际应用中出于性能方面的考虑很少会使用可串行化。
隔离性追求的是并发情形下事务之间互不干扰。简单起见，我们主要考虑最简单的读操作和写操作(加锁读等特殊读操作会特殊说明)，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保证隔离性
2、锁机制
首先来看两个事务的写操作之间的相互影响。隔离性要求同一时刻只能有一个事务对数据进行写操作，InnoDB通过锁机制来保证这一点。
锁机制的基本原理可以概括为：事务在修改数据之前，需要先获得相应的锁；获得锁之后，事务便可以修改数据；该事务操作期间，这部分数据是锁定的，其他事务如果需要修改数据，需要等待当前事务提交或回滚后释放锁。
3、行锁与表锁
按照粒度，锁可以分为表锁、行锁以及其他位于二者之间的锁。表锁在操作数据时会锁定整张表，并发性能较差；行锁则只锁定需要操作的数据，并发性能好。但是由于加锁本身需要消耗资源(获得锁、检查锁、释放锁等都需要消耗资源)，因此在锁定数据较多情况下使用表锁可以节省大量资源。MySQL中不同的存储引擎支持的锁是不一样的，例如MyIsam只支持表锁，而InnoDB同时支持表锁和行锁，且出于性能考虑，绝大多数情况下使用的都是行锁。
六、一致性
1、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）。
2、实现原理
一致性是事务追求的最终目标：前面提到的原子性、持久性和隔离性，都是为了保证数据库状态的一致性。此外，除了数据库层面的保障，一致性的实现也需要应用层面进行保障。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，无论数据库实现的多么完美，也无法保证状态的一致
总结：ACID特性及其实现原理
1、原子性：语句要么全执行，要么全不执行，是事务最核心的特性，事务本身就是以原子性来定义的；实现主要基于undo log
2、持久性：保证事务提交后不会因为宕机等原因导致数据丢失；实现主要基于redo log
3、隔离性：保证事务执行尽可能不受其他事务影响；InnoDB默认的隔离级别是RR，RR的实现主要基于锁机制（包含next-key lock）、MVCC（包括数据的隐藏列、基于undo log的版本链、ReadView）
4、一致性：事务追求的最终目标，一致性的实现既需要数据库层面的保障，也需要应用层面的保障
参考文章：https://www.cnblogs.com/superming/p/13368771.html
