面試題概覽：

• 什么是數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)，說(shuō)說(shuō)你對(duì)事務(wù)特性的理解;
• 說(shuō)說(shuō)看Mysql是如何實(shí)現(xiàn)原子性的；
• Mysql的InnoDB是如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化的；
• 數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)事務(wù)可能會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題，以及該如何解決；
• 知道什么是快照讀嗎，它是用來(lái)解決什么問(wèn)題的；

面試官：什么是數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)，說(shuō)說(shuō)你對(duì)事務(wù)特性的理解？

數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)邏輯單位，由一個(gè)有限的數(shù)據(jù)庫(kù)操作序列構(gòu)成。這些操作要么全部執(zhí)行成功，要么全部不執(zhí)行，是一個(gè)不可分割的工作單位。

對(duì)于事務(wù)的特性，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)理解：

一、原子性（Atomicity）

原子性是指事務(wù)是一個(gè)不可分割的工作單位，事務(wù)中的操作要么全部完成，要么全部不完成。在數(shù)據(jù)庫(kù)操作中，如果事務(wù)中的某個(gè)操作失敗，則整個(gè)事務(wù)會(huì)回滾到事務(wù)開(kāi)始前的狀態(tài)。這種特性通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的Undo機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤或用戶執(zhí)行ROLLBACK語(yǔ)句，系統(tǒng)可以回滾到事務(wù)開(kāi)始前的狀態(tài)。

二、隔離性（Isolation）

隔離性是指并發(fā)執(zhí)行的事務(wù)之間相互隔離，不允許一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果影響其他事務(wù)的執(zhí)行。這種特性避免了多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常通過(guò)鎖和其他并發(fā)控制技術(shù)（如MVCC）來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離性。表現(xiàn)形式是，當(dāng)一個(gè)事務(wù)正在對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)，其他事務(wù)不能對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行并發(fā)修改，以防止數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題發(fā)生。

三、持久性（Durability）

持久性是指一旦事務(wù)提交，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的改變就是永久性的，即使在系統(tǒng)崩潰后，事務(wù)的修改結(jié)果也不會(huì)丟失。這種特性通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的Redo機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)事務(wù)提交后，系統(tǒng)將把事務(wù)的所有操作寫(xiě)入到日志文件中，以便在系統(tǒng)恢復(fù)后通過(guò)Redo日志重新執(zhí)行這些操作，保證數(shù)據(jù)的一致性。

四、一致性（Consistency）

一致性是指事務(wù)必須將數(shù)據(jù)庫(kù)從一種一致?tīng)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到另一種一致?tīng)顟B(tài)。這么說(shuō)有點(diǎn)抽象，我個(gè)人的具體理解是：一致性體現(xiàn)在兩點(diǎn)。

同一個(gè)表的在本次事務(wù)中有聯(lián)系的多條記錄的狀態(tài)要對(duì)的上，比如轉(zhuǎn)賬前后兩個(gè)賬戶的金額總和應(yīng)該不變（兩條同一張表的update語(yǔ)句）。

不同表在本次事務(wù)中有聯(lián)系的多條記錄的狀態(tài)要對(duì)的上，比如消費(fèi)后增加用戶積分并減少用戶金額，那么用戶的金額減少后，不能因?yàn)楣收蠈?dǎo)致用戶積分沒(méi)增加（兩條不同表的update語(yǔ)句）。

上述四個(gè)特點(diǎn)中，一致性是事務(wù)的最終目的。只要其他三個(gè)特性都滿足了，那么一致性自然而然也就會(huì)滿足，也就是說(shuō)原子性，隔離性和持久性是需要作出的努力，一致性是我們想要的結(jié)果。

面試官：原子性——說(shuō)說(shuō)看Mysql是如何通過(guò)undo日志實(shí)現(xiàn)原子性？

首先是MySQL如何通過(guò)undo日志實(shí)現(xiàn)原子性的詳細(xì)解釋?zhuān)?/p>

一、undo日志的作用

undo日志，也被稱(chēng)為回滾日志，是MySQL中用于記錄事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)的修改前的狀態(tài)（即舊值）的一種日志。當(dāng)事務(wù)需要回滾時(shí)，MySQL可以利用undo日志將數(shù)據(jù)恢復(fù)到事務(wù)開(kāi)始前的狀態(tài)，從而保證事務(wù)的原子性。

undo日志分為3類(lèi)：

• insert操作對(duì)應(yīng)的undo日志
• delete操作對(duì)應(yīng)的日志
• update操作對(duì)應(yīng)的undo日志

下面是undo日志的具體結(jié)構(gòu)，其他的不用關(guān)注，重點(diǎn)關(guān)注圖中倒數(shù)第二格的 <len, value>，里面包含增刪改操作前的具體字段和值，數(shù)據(jù)庫(kù)回滾就是通過(guò)這些字段和值來(lái)進(jìn)行的。

二、實(shí)現(xiàn)原子性的過(guò)程

(1) 事務(wù)開(kāi)始：

• 當(dāng)一個(gè)事務(wù)開(kāi)始時(shí)，MySQL會(huì)監(jiān)控該事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的所有修改操作。

(2) 記錄undo日志：

• 在事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，每當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行寫(xiě)操作（如INSERT、UPDATE、DELETE）時(shí)，MySQL會(huì)將修改前的數(shù)據(jù)狀態(tài)（舊值）保存在undo日志中。
• undo日志是邏輯日志，它記錄的是修改前的數(shù)據(jù)狀態(tài)，而不是物理存儲(chǔ)的修改。

(3) 事務(wù)提交或回滾：

• 如果事務(wù)成功執(zhí)行并提交，那么這些修改將持久化到數(shù)據(jù)庫(kù)中，而undo日志則會(huì)在一定時(shí)間后被清理（通常是在事務(wù)提交后，且確保沒(méi)有其他并發(fā)事務(wù)需要回滾到該事務(wù)之前的狀態(tài)時(shí)）。
• 如果事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中遇到錯(cuò)誤或用戶顯式要求回滾，那么MySQL會(huì)利用undo日志中的信息，將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到事務(wù)開(kāi)始前的狀態(tài)。

三、undo日志的具體實(shí)現(xiàn)

1.undo日志的存儲(chǔ)：

undo日志被存儲(chǔ)在InnoDB存儲(chǔ)引擎的專(zhuān)用頁(yè)面中，這些頁(yè)面被稱(chēng)為undo頁(yè)面。

undo頁(yè)分為兩種：insert類(lèi)型的undo日志（里面只放insert類(lèi)型的undo日志） 和 update類(lèi)型的undo日志（放update和delete類(lèi)型的undo日志）。

undo頁(yè)面以鏈表的形式組織，每個(gè)undo頁(yè)面都包含了多條undo日志，Innodb會(huì)為每一個(gè)事務(wù)一條或兩條undo鏈表（如果該事務(wù)同時(shí)包含增刪改操作就會(huì)生成兩條undo鏈表）。

之所以要將同一個(gè)事務(wù)產(chǎn)生的undo日志組織在同一個(gè)鏈表而非所有事務(wù)的undo日志組織成一個(gè)鏈表也是為了回滾時(shí)可以按事務(wù)的維度找到只和本事務(wù)相關(guān)的undo日志進(jìn)行回滾。

兩種不同類(lèi)型的undo日志頁(yè)分別用 insert undo 鏈表 和 update undo 鏈表管理。

把 undo 日志分成 2 個(gè)大類(lèi)是因?yàn)閕nsert類(lèi)型的 undo 日志在事務(wù)提交后可以直接刪除，而其他類(lèi)型的 undo 日志還需要為 MVCC（多版本并發(fā)控制）服務(wù)，不能在事務(wù)提交后馬上刪除。

2.回滾操作：

當(dāng)事務(wù)需要回滾時(shí)，MySQL會(huì)沿著undo日志鏈表，按照與事務(wù)執(zhí)行相反的順序，逐條應(yīng)用undo日志中的信息，將數(shù)據(jù)恢復(fù)到事務(wù)開(kāi)始前的狀態(tài)。

• 對(duì)于INSERT操作，undo日志記錄的是“刪除”操作，即如果事務(wù)回滾，需要撤銷(xiāo)插入的數(shù)據(jù)。
• 對(duì)于DELETE操作，undo日志記錄的是“插入”操作，即如果事務(wù)回滾，需要恢復(fù)被刪除的數(shù)據(jù)。
• 對(duì)于UPDATE操作，undo日志記錄的是修改前的舊值，即如果事務(wù)回滾，需要將數(shù)據(jù)更新回舊值。

面試官：持久性——Mysql的InnoDB是如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化的？

說(shuō)到數(shù)據(jù)庫(kù)持久化就繞不開(kāi) WAL 機(jī)制 和 redo日志。

一、WAL和redo log的基本概念

WAL是一種數(shù)據(jù)安全寫(xiě)入機(jī)制，其核心思想是在事務(wù)進(jìn)行修改之前，先將修改操作記錄到日志中，然后再將修改應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫(kù)中。這樣做的好處是，即使系統(tǒng)崩潰或斷電，也可以通過(guò)日志來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的持久性和一致性。

redo日志是InnoDB存儲(chǔ)引擎獨(dú)有的物理日志，記錄了數(shù)據(jù)操作的細(xì)節(jié)，包括事務(wù)開(kāi)始和結(jié)束的標(biāo)志、修改的數(shù)據(jù)頁(yè)和對(duì)應(yīng)的操作等。它主要用于故障恢復(fù)，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生異常關(guān)閉或崩潰時(shí)，InnoDB可以通過(guò)redo日志來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)。

redo日志以固定大小的多個(gè)文件（如ib_logfile0、ib_logfile1）形成的文件組的形式存在，是一個(gè)可覆蓋的循環(huán)日志。InnoDB 的 redo log 是固定大小的，比如可以配置為一組 4 個(gè)文件，每個(gè)文件的大小是 1GB，那么這塊“粉板”總共就可以記錄 4GB 的操作。從頭開(kāi)始寫(xiě)，寫(xiě)到末尾就又回到開(kāi)頭循環(huán)寫(xiě)，如下面這個(gè)圖所示。

write pos 是當(dāng)前記錄的位置，一邊寫(xiě)一邊后移，寫(xiě)到第 3 號(hào)文件末尾后就回到 0 號(hào)文件開(kāi)頭。checkpoint 標(biāo)記了日志中已經(jīng)刷盤(pán)成功的數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的redo日志數(shù)據(jù)。

write pos 和 checkpoint 之間的是redo日志上可被新的事務(wù)的增刪改操作所覆蓋的部分，可以用來(lái)記錄新的操作。如果 write pos 追上 checkpoint，表示redo日志滿了，這時(shí)候不能再執(zhí)行新的更新，得停下來(lái)將Buffer Pool中的臟頁(yè)刷盤(pán)，把 checkpoint 推進(jìn)一下才能繼續(xù)寫(xiě)redo日志。

有了 redo log，InnoDB 就可以保證即使數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生異常重啟，之前提交的記錄都不會(huì)丟失，這個(gè)能力稱(chēng)為 crash-safe。

下圖是一條簡(jiǎn)單redo日志的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

其中 space ID 表示本修改所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)所在的表空間，page number是所修改的頁(yè)號(hào)，offer是所修改的數(shù)據(jù)在頁(yè)中的偏移量。通過(guò)這3個(gè)信息，就可以在故障恢復(fù)時(shí)找到要恢復(fù)的數(shù)據(jù)頁(yè)和數(shù)據(jù)頁(yè)中的具體位置。

二、redo log寫(xiě)入的具體過(guò)程

(1) 事務(wù)開(kāi)始：

當(dāng)一個(gè)事務(wù)開(kāi)始時(shí)，MySQL會(huì)為該事務(wù)分配一個(gè)唯一的事務(wù)ID，并將該事務(wù)的相關(guān)信息存儲(chǔ)在內(nèi)存中的事務(wù)控制塊（Transaction Control Block, TCB）中。

(2) 修改操作記錄到redo log buffer：

在事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，所有的修改操作（如插入、更新、刪除等）都會(huì)被寫(xiě)入redo log緩沖區(qū)（redo log buffer）。redo log buffer是一個(gè)內(nèi)存緩沖區(qū)，用于暫存待寫(xiě)入redo log的修改操作。

(3) 事務(wù)提交和redo log刷盤(pán)：

當(dāng)事務(wù)提交時(shí)，MySQL會(huì)將該事務(wù)的所有修改操作按照順序?qū)懭雛edo log文件中。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為redo log的刷新（flush）。

需要注意的是，在事務(wù)提交之前，MySQL并不會(huì)立即將redo log buffer中的修改操作持久化到磁盤(pán)上的redo log文件中。而是會(huì)等待一個(gè)合適的時(shí)機(jī)來(lái)進(jìn)行持久化操作?；趇nnodb_flush_log_at_trx_commit配置參數(shù)的刷盤(pán)策略如下。

innodb_flush_log_at_trx_commit：

• 值=1：每次事務(wù)提交時(shí)都會(huì)將日志刷新到磁盤(pán)，確保了最高的持久性（默認(rèn)值）。
• 值=2：日志寫(xiě)入到操作系統(tǒng)的緩存（log buffer）并每秒刷寫(xiě)到磁盤(pán)（可能會(huì)存在少量數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)，但提高性能）。
• 值=0：日志寫(xiě)入到操作系統(tǒng)的緩存（log buffer），并每次檢查點(diǎn)時(shí)刷寫(xiě)到磁盤(pán)（可能存在更多的數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)）。

三、恢復(fù)數(shù)據(jù)的詳細(xì)過(guò)程

(1) 啟動(dòng)InnoDB：當(dāng)MySQL服務(wù)重啟時(shí)，InnoDB存儲(chǔ)引擎會(huì)開(kāi)始啟動(dòng)。

(2) 定位checkpoint：InnoDB會(huì)通過(guò)redo日志找到最近一次checkpoint的位置。checkpoint信息保存在日志文件的開(kāi)始部分，包括checkpoint號(hào)、checkpoint lsn（記錄了產(chǎn)生該checkpoint時(shí)flush的LSN，確保在該LSN前面的數(shù)據(jù)頁(yè)都已經(jīng)落盤(pán)，不再需要通過(guò)redo log進(jìn)行恢復(fù)）和checkpoint offset（記錄了該checkpoint產(chǎn)生時(shí)，redo log在ib_logfile中的偏移量）。

(3) 獲取并解析redo日志：

從checkpoint相對(duì)應(yīng)的位置開(kāi)始，InnoDB會(huì)獲取需要重做的日志。

接著，InnoDB會(huì)解析獲取的日志，并將其保存到一個(gè)哈希表中。哈希表以（space，offset）為鍵，存儲(chǔ)了redo日志的信息。

(4) 數(shù)據(jù)恢復(fù)：

InnoDB會(huì)遍歷哈希表中的redo日志信息。

對(duì)于每條redo日志，InnoDB會(huì)根據(jù)（space ID，page number，offset）讀取指定頁(yè)面，并進(jìn)行日志覆蓋，即根據(jù)redo日志中的記錄來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)頁(yè)的內(nèi)容。

面試官：數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)事務(wù)可能會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題，以及該如何解決？

一、數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題

1.臟讀

一個(gè)事務(wù)讀取了另一個(gè)事務(wù)未提交的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能會(huì)被回滾，從而導(dǎo)致讀取到無(wú)效數(shù)據(jù)。

以下是一個(gè)具體的臟讀示例：

事務(wù)A首先執(zhí)行了一個(gè)select操作，從account表中讀取了id=1的賬戶的money值，此時(shí)得到的mnotallow=0。

接著，事務(wù)A嘗試執(zhí)行一個(gè)update操作，將id=1的賬戶的money值設(shè)置為2000。另一個(gè)事務(wù)（事務(wù)B）修改了該賬戶的money值，并且這個(gè)修改還未提交。

如果事務(wù)A最終不提交其修改，那么事務(wù)B讀取到的mnotallow=2000就是一個(gè)“臟讀”，即讀取到了其他事務(wù)還未提交的數(shù)據(jù)。

事務(wù)B基于這個(gè)“臟讀”的數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題，例如修改了其他表里的數(shù)據(jù)，最終數(shù)據(jù)不一致。

為了避免臟讀，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常實(shí)施更高的事務(wù)隔離級(jí)別，如READ COMMITTED或更高，以確保事務(wù)只能讀取到已提交的數(shù)據(jù)。

2.不可重復(fù)讀

一個(gè)事務(wù)在兩次讀取同一數(shù)據(jù)時(shí)，因其他事務(wù)的提交導(dǎo)致本事務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，從而兩次讀取無(wú)法獲得一致的結(jié)果。不可重復(fù)讀會(huì)在事務(wù)需要基于多次讀取結(jié)果進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算時(shí)產(chǎn)生影響。

以下是一個(gè)不可重復(fù)讀示例：

為了避免不可重復(fù)讀，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)需要實(shí)施適當(dāng)?shù)氖聞?wù)隔離級(jí)別（如READ COMMITTED或更高）或使用其他并發(fā)控制機(jī)制來(lái)確保事務(wù)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)受到其他事務(wù)修改數(shù)據(jù)的影響。

在READ COMMITTED隔離級(jí)別下，事務(wù)只能讀取到其他事務(wù)已經(jīng)提交的修改，從而避免了臟讀和不可重復(fù)讀（但幻讀仍然可能發(fā)生）。而在更高的隔離級(jí)別（如REPEATABLE READ或SERIALIZABLE）下，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)一步限制并發(fā)操作，以減少或消除幻讀現(xiàn)象，但會(huì)嚴(yán)重影響并發(fā)性能。

3.幻讀

一個(gè)事務(wù)（通過(guò)條件）讀取多條記錄后，因其他事務(wù)的插入或刪除，導(dǎo)致再次讀取時(shí)獲得的記錄集發(fā)生變化?；米x問(wèn)題通常發(fā)生在插入或刪除操作頻繁的場(chǎng)景中。

以下是一個(gè)幻讀的具體示例：

再舉一個(gè)關(guān)于幻讀的例子加強(qiáng)一下大家對(duì)幻讀的理解：

假設(shè)有一個(gè)銀行系統(tǒng)，它有一個(gè)賬戶表（accounts），用于記錄客戶的賬戶余額和其他相關(guān)信息?，F(xiàn)在，有兩個(gè)事務(wù)T1和T2同時(shí)運(yùn)行，并且它們都對(duì)滿足某個(gè)條件的賬戶集合進(jìn)行操作。

(1) 事務(wù)T1：

• 開(kāi)始事務(wù)。
• 事務(wù)T1的目標(biāo)是查詢(xún)并處理所有余額大于500元的賬戶。它首先執(zhí)行一個(gè)查詢(xún)操作，找出所有余額大于500元的賬戶，并假設(shè)找到了賬戶A、B和C（這些賬戶的余額都大于500元）。
• 此時(shí)，事務(wù)T1尚未提交，也沒(méi)有對(duì)查詢(xún)結(jié)果進(jìn)行任何處理。

(2) 事務(wù)T2：

• 同時(shí)開(kāi)始事務(wù)。
• 事務(wù)T2的目標(biāo)是向系統(tǒng)中添加一個(gè)新的賬戶D，并且這個(gè)新賬戶的余額設(shè)置為600元。它執(zhí)行一個(gè)插入操作，將新賬戶D添加到賬戶表中，并提交事務(wù)。

(3) 事務(wù)T1（繼續(xù)）：

• 在事務(wù)T1中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后（在事務(wù)T2提交之后），事務(wù)T1決定對(duì)之前查詢(xún)到的賬戶集合（賬戶A、B和C）進(jìn)行處理。但在處理之前，它再次執(zhí)行了一個(gè)相同的查詢(xún)操作，以確認(rèn)要處理的賬戶集合。
• 然而，這次查詢(xún)的結(jié)果中除了賬戶A、B和C之外，還多了一個(gè)新的賬戶D（因?yàn)槭聞?wù)T2已經(jīng)添加了新賬戶D，并且D的余額大于500元，滿足查詢(xún)條件）。
• 這導(dǎo)致事務(wù)T1在處理賬戶集合時(shí)遇到了一個(gè)“幻影”賬戶D，這個(gè)賬戶在事務(wù)T1的第一次查詢(xún)中并不存在，但在第二次查詢(xún)中卻出現(xiàn)了。

(4) 結(jié)果：事務(wù)T1在處理賬戶集合時(shí)，由于幻讀現(xiàn)象，它必須處理一個(gè)額外的賬戶D，這可能導(dǎo)致一些意外的行為或錯(cuò)誤。例如，如果事務(wù)T1的目標(biāo)是向所有余額大于500元的老賬戶發(fā)送一條通知，那么由于幻讀現(xiàn)象，新賬戶D也會(huì)收到這條通知。

為了避免幻讀，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)需要實(shí)施更高的事務(wù)隔離級(jí)別（如SERIALIZABLE）或使用其他并發(fā)控制機(jī)制（如鎖機(jī)制或MVCC）來(lái)確保事務(wù)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)受到其他事務(wù)插入或刪除數(shù)據(jù)的影響。

可能得面試官追問(wèn)：不可重復(fù)度和幻讀看上去形式上都是兩次讀取的結(jié)果不同，那么不可重復(fù)讀和幻讀的區(qū)別是什么？

(1) 發(fā)生場(chǎng)景不同：

• 不可重復(fù)讀通常發(fā)生在數(shù)據(jù)集合中具體數(shù)據(jù)項(xiàng)的值被其他事務(wù)修改后。
• 幻讀通常發(fā)生在查詢(xún)結(jié)果集合因其他事務(wù)的插入操作而發(fā)生變化時(shí)。

(2) 關(guān)注點(diǎn)不同：

• 不可重復(fù)讀關(guān)注的是數(shù)據(jù)項(xiàng)值的變化。
• 幻讀關(guān)注的是查詢(xún)結(jié)果集合中記錄數(shù)量或內(nèi)容的變化。

并發(fā)事務(wù)除了出現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題之外，還可能存在其他問(wèn)題（如死鎖和性能下降等）。

二、死鎖

死鎖是指兩個(gè)或多個(gè)事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中，因?yàn)橄嗷コ钟袑?duì)方所需要的資源而陷入無(wú)限等待的狀態(tài)。死鎖會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)資源無(wú)法有效利用，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)使系統(tǒng)陷入癱瘓。常見(jiàn)的死鎖場(chǎng)景包括兩個(gè)事務(wù)互相等待對(duì)方釋放鎖，以及多個(gè)事務(wù)循環(huán)等待。

三、性能下降

并發(fā)事務(wù)增多會(huì)增加系統(tǒng)的CPU、內(nèi)存和I/O負(fù)載，影響整體性能。具體表現(xiàn)為：

• 鎖競(jìng)爭(zhēng)：多個(gè)事務(wù)同時(shí)請(qǐng)求同一個(gè)資源，導(dǎo)致鎖競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而引發(fā)事務(wù)等待和超時(shí)。
• 資源消耗：并發(fā)事務(wù)會(huì)占用大量系統(tǒng)資源，如CPU、內(nèi)存和磁盤(pán)I/O等。

說(shuō)到事務(wù)并發(fā)就不得不先說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)的隔離級(jí)別。事務(wù)的隔離級(jí)別是數(shù)據(jù)庫(kù)中用于控制并發(fā)事務(wù)間相互影響的機(jī)制。

以下是關(guān)于事務(wù)隔離級(jí)別的詳細(xì)解釋以及選擇建議：

事務(wù)隔離級(jí)別的類(lèi)型

(1) 讀未提交（READ UNCOMMITTED）：

• 允許事務(wù)讀取其他事務(wù)尚未提交的數(shù)據(jù)。
• 可能導(dǎo)致臟讀，即讀取到其他事務(wù)未提交的已update的但之后可能回滾的無(wú)效數(shù)據(jù)。
• 并發(fā)性能較高，但數(shù)據(jù)一致性較差。

(2) 讀提交（READ COMMITTED）：

• 事務(wù)只能讀取已經(jīng)提交的數(shù)據(jù)。
• 避免了臟讀，但仍可能產(chǎn)生不可重復(fù)讀和幻讀。
• 適用于大多數(shù)在線事務(wù)處理（OLTP）應(yīng)用，能在一定程度上保證數(shù)據(jù)一致性。

(3) 可重復(fù)讀（REPEATABLE READ）：

• 在同一事務(wù)中多次讀取同一數(shù)據(jù)會(huì)得到相同的結(jié)果，即使其他事務(wù)已經(jīng)提交了修改。
• 解決了不可重復(fù)讀問(wèn)題，但仍可能產(chǎn)生幻讀（即新插入的數(shù)據(jù)對(duì)于當(dāng)前事務(wù)不可見(jiàn)，但可能導(dǎo)致后續(xù)插入沖突）。
• 適用于需要保證數(shù)據(jù)一致性的復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯。

(4) 序列化（SERIALIZABLE）：

• 提供了最高的事務(wù)隔離級(jí)別，事務(wù)之間完全隔離，互不干擾。
• 避免了臟讀、不可重復(fù)讀和幻讀等所有并發(fā)問(wèn)題。
• 但由于事務(wù)需要串行執(zhí)行，性能損失較大，適用于對(duì)數(shù)據(jù)一致性要求極高的關(guān)鍵業(yè)務(wù)。

面試官：知道什么是快照讀嗎，它是用來(lái)解決什么問(wèn)題的？

(下面的內(nèi)容可能有點(diǎn)長(zhǎng)，希望大家能耐心看完，畢竟面試加分的本質(zhì)就是答出面試官所問(wèn)的這個(gè)問(wèn)題相關(guān)的但沒(méi)有問(wèn)出來(lái)的點(diǎn))。

快照讀（Snapshot Read）是數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理中的一種讀取數(shù)據(jù)的方式，它確保事務(wù)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)看到的是數(shù)據(jù)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)（即事務(wù)開(kāi)始時(shí)）的狀態(tài)，就像拍攝了一張數(shù)據(jù)在那個(gè)時(shí)間點(diǎn)的“快照”一樣。這種讀取方式不會(huì)受到其他并發(fā)事務(wù)的影響，即使其他事務(wù)在讀取過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，快照讀仍然能夠讀取到事務(wù)開(kāi)始時(shí)的數(shù)據(jù)版本。

快照讀的主要特點(diǎn)是：

• 一致性：快照讀保證了事務(wù)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)的一致性，因?yàn)樽x取的是事務(wù)開(kāi)始時(shí)的數(shù)據(jù)快照，所以不會(huì)受到其他并發(fā)事務(wù)的干擾。
• 并發(fā)性：由于快照讀不需要對(duì)數(shù)據(jù)加鎖，因此可以提高數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)性能。多個(gè)事務(wù)可以同時(shí)進(jìn)行快照讀，而不會(huì)相互阻塞。
• 隔離性：快照讀提供了一種事務(wù)隔離的機(jī)制，使得每個(gè)事務(wù)都像在獨(dú)立的環(huán)境中運(yùn)行一樣，不會(huì)受到其他事務(wù)的影響。

在MySQL等數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，快照讀通常是通過(guò)多版本并發(fā)控制（MVCC，Multi-Version Concurrency Control）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

MVCC是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中用于實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的一種方法。通過(guò)維護(hù)數(shù)據(jù)的多個(gè)版本來(lái)實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制。

在MVCC中，每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都有多個(gè)版本，每個(gè)版本都記錄了一個(gè)時(shí)間點(diǎn)或事務(wù)ID，表示該版本被創(chuàng)建或修改的時(shí)間。當(dāng)一個(gè)事務(wù)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)讀取一個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)的快照，這個(gè)快照包含了在該時(shí)間點(diǎn)之前提交的所有事務(wù)的結(jié)果。通過(guò)這種方式，事務(wù)可以看到一個(gè)一致的視圖，而不受其他事務(wù)的影響。

具體來(lái)說(shuō)，MVCC的實(shí)現(xiàn)通常依賴(lài)于以下幾個(gè)關(guān)鍵組件：

一、Undo Log

定義：Undo Log是數(shù)據(jù)庫(kù)中用于記錄數(shù)據(jù)修改歷史的日志。當(dāng)事務(wù)進(jìn)行更新或刪除操作時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)生成相應(yīng)的Undo Log，以便在需要時(shí)能夠回滾到之前的版本。

在MVCC中，Undo Log不僅用于事務(wù)回滾，還用于維護(hù)版本鏈，一條undo日志會(huì)作為版本鏈中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)undo日志的回滾指針連接。

當(dāng)事務(wù)進(jìn)行更新或刪除操作時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)生成一條undo日志作為新的數(shù)據(jù)版本，并通過(guò)undo日志的回滾指針將新舊版本（舊的undo日志）連接起來(lái)，形成版本鏈。

二、版本鏈

定義：版本鏈?zhǔn)侵该總€(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都維護(hù)一個(gè)記錄其修改歷史的鏈表。鏈表中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表數(shù)據(jù)項(xiàng)的一個(gè)版本，這里的“一個(gè)版本”就是一條undo日志，包括歷史記錄的數(shù)據(jù)內(nèi)容、修改時(shí)間戳或事務(wù)ID等信息。

實(shí)現(xiàn)：在數(shù)據(jù)庫(kù)中，每個(gè)數(shù)據(jù)行都會(huì)有一個(gè)隱藏的回滾指針（roll_pointer）字段，該字段指向該行的上一個(gè)版本（如果存在的話）。這樣，通過(guò)回滾指針，可以將各個(gè)版本連接起來(lái)，形成一個(gè)版本鏈。

下圖呈現(xiàn)了兩個(gè)事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)表修改過(guò)程中生成版本鏈的過(guò)程。

假設(shè)一開(kāi)始hero.name = "劉備"。那么版本鏈如下：

三、讀視圖（Read View）

定義：讀視圖是數(shù)據(jù)庫(kù)在特定時(shí)刻為某個(gè)事務(wù)創(chuàng)建的一個(gè)快照，該快照包含了在該時(shí)刻所有未提交事務(wù)的信息。

實(shí)現(xiàn)：讀視圖通常包含以下關(guān)鍵信息：

• 當(dāng)前活躍的事務(wù)編號(hào)集合（m_ids）：記錄了當(dāng)前所有未提交事務(wù)的事務(wù)ID。
• 最小活躍事務(wù)編號(hào)（min_trx_id）：當(dāng)前活躍事務(wù)中的最小事務(wù)ID。
• 最大事務(wù)編號(hào)+1（max_trx_id）：預(yù)分配的事務(wù)編號(hào)，用于判斷新事務(wù)是否在當(dāng)前讀視圖的范圍內(nèi)。
• 讀視圖創(chuàng)建者的事務(wù)編號(hào)（creator_trx_id）：記錄了創(chuàng)建該讀視圖的事務(wù)ID。

作用：讀視圖用于判斷哪些數(shù)據(jù)版本對(duì)當(dāng)前事務(wù)是可見(jiàn)的。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)事務(wù)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)根據(jù)讀視圖中的信息，在版本鏈中查找滿足條件的版本。

四、MVCC的讀操作實(shí)現(xiàn)

當(dāng)事務(wù)進(jìn)行讀操作時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)根據(jù)讀視圖和版本鏈來(lái)判斷應(yīng)該讀取哪個(gè)版本的數(shù)據(jù)。具體來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)按照以下步驟進(jìn)行讀操作：

• 從版本鏈的最新版本開(kāi)始，逐個(gè)比較數(shù)據(jù)版本的事務(wù)ID和讀視圖中的信息。
• 如果數(shù)據(jù)版本的事務(wù)ID小于讀視圖中的最小活躍事務(wù)編號(hào)（min_trx_id），則說(shuō)明該版本已經(jīng)提交，對(duì)當(dāng)前事務(wù)可見(jiàn)，可以直接讀取。
• 如果數(shù)據(jù)版本的事務(wù)ID大于或等于讀視圖中的最大事務(wù)編號(hào)（max_trx_id），則說(shuō)明該版本是在當(dāng)前事務(wù)之后生成的，對(duì)當(dāng)前事務(wù)不可見(jiàn)，繼續(xù)查找下一個(gè)版本。
• 如果數(shù)據(jù)版本的事務(wù)ID在最小活躍事務(wù)編號(hào)和最大事務(wù)編號(hào)之間，則需要進(jìn)一步檢查該事務(wù)ID是否在當(dāng)前活躍事務(wù)集合（m_ids）中。如果在集合中，則說(shuō)明該事務(wù)尚未提交，對(duì)當(dāng)前事務(wù)不可見(jiàn)；如果不在集合中，則說(shuō)明該事務(wù)已經(jīng)提交，對(duì)當(dāng)前事務(wù)可見(jiàn)。
• 重復(fù)以上步驟，直到找到對(duì)當(dāng)前事務(wù)可見(jiàn)的數(shù)據(jù)版本或遍歷完整個(gè)版本鏈為止。

五、MVCC解決的問(wèn)題

MVCC主要解決了數(shù)據(jù)庫(kù)在高并發(fā)環(huán)境下的讀寫(xiě)沖突問(wèn)題，以及數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，它解決了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

• 臟讀：在沒(méi)有MVCC的情況下，一個(gè)事務(wù)可能讀取到另一個(gè)未提交事務(wù)修改過(guò)的數(shù)據(jù)。如果后者回滾，那么前者讀取的就是“臟”數(shù)據(jù)。MVCC通過(guò)確保事務(wù)只能讀取到已提交的數(shù)據(jù)版本，從而避免了臟讀問(wèn)題。
• 不可重復(fù)讀：在數(shù)據(jù)庫(kù)操作期間，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)母綦x機(jī)制，一個(gè)事務(wù)多次讀取同一數(shù)據(jù)可能會(huì)得到不同的結(jié)果。這是因?yàn)槠渌聞?wù)可能在此期間修改了這些數(shù)據(jù)。MVCC通過(guò)為每個(gè)事務(wù)提供一個(gè)一致的數(shù)據(jù)快照，從而解決了不可重復(fù)讀問(wèn)題。
• 幻讀：幻讀是指在同一個(gè)事務(wù)中，執(zhí)行相同的查詢(xún)語(yǔ)句，但第二次查詢(xún)卻返回了第一次查詢(xún)中沒(méi)有的新記錄。MVCC可以在一定程度上減少幻讀的發(fā)生，尤其是在讀取時(shí)沒(méi)有主動(dòng)加鎖的情況下。但需要注意的是，MVCC并不能完全解決幻讀問(wèn)題，在某些情況下仍然需要使用其他機(jī)制（如間隙鎖）來(lái)防止幻讀。
• 提高并發(fā)性能：由于讀操作不需要等待寫(xiě)操作完成，寫(xiě)操作也不會(huì)阻止其他事務(wù)進(jìn)行讀取，因此MVCC可以顯著提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力。這對(duì)于讀多寫(xiě)少的場(chǎng)景尤為有效。
• 減少鎖的使用：雖然MVCC本身也是一種形式的鎖定機(jī)制（通過(guò)版本鏈和讀視圖實(shí)現(xiàn)），但它減少了傳統(tǒng)意義上的行鎖或表鎖的需求。這有助于減少鎖競(jìng)爭(zhēng)和鎖開(kāi)銷(xiāo)，從而提高系統(tǒng)的性能。

（面試官可能得追問(wèn)：MVCC的缺點(diǎn)）

維護(hù)MVCC并不是沒(méi)有成本的，下面是MVCC所帶來(lái)的問(wèn)題：

• 存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)增加：為了支持MVCC，數(shù)據(jù)庫(kù)需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)版本。這會(huì)增加存儲(chǔ)空間的使用，特別是在頻繁更新數(shù)據(jù)的場(chǎng)景下。舊版本的數(shù)據(jù)可能會(huì)迅速積累，導(dǎo)致存儲(chǔ)空間的快速增長(zhǎng)。
• 寫(xiě)性能下降：在MVCC機(jī)制下，每次更新操作都需要?jiǎng)?chuàng)建新的數(shù)據(jù)版本，并將舊版本的數(shù)據(jù)標(biāo)記為無(wú)效或刪除。這些額外的操作會(huì)增加寫(xiě)操作的復(fù)雜性和時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，從而導(dǎo)致寫(xiě)性能下降。
• 清理過(guò)期版本的開(kāi)銷(xiāo)：隨著時(shí)間的推移，數(shù)據(jù)庫(kù)中會(huì)積累大量的過(guò)期版本數(shù)據(jù)。這些過(guò)期版本數(shù)據(jù)不再被任何事務(wù)所需，因此需要定期清理。然而，清理過(guò)期版本數(shù)據(jù)是一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)，需要數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)掃描整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)識(shí)別并刪除無(wú)效的數(shù)據(jù)版本。這個(gè)過(guò)程可能會(huì)消耗大量的計(jì)算資源和時(shí)間。