InnoDB存储引擎的事务是如何实现的？

1. 事务

1.1. 什么是事务？

事务是指一组操作要么全部成功，要么全部失败。事务具有四大特性^[1]（ACID）：

• 原子性（Atomicity）：指一组操作是原子的，要么全部成功，要么全部失败。
• 一致性（Consistency）：指事务执行前后，数据需要是一致的状态。
• 隔离性（Isolation）：指一个事务执行时，不能受其他事务影响。
• 持久性（Durability）：指事务提交后，对数据库的变更要能持久化到磁盘上。

原子性，隔离性和持久性的目的是为了达成一致性。

1.2. 事务有哪些并发问题？

当多个事务并发执行时，会出现以下并发问题：

• 丢失更新（Loss Update）：一个事务对数据修改之后，另一个事务也对该数据进行了修改。
• 脏读（Dirty Read）：一个事务读取到了另一个尚未提交的事务做出的变更。
• 不可重复读（Non-repeatable Read）：一个事务通过相同的查询条件查询出来的数据不一样。
• 幻读（Phantom Read）：与不可重复读类似，一个事务查询到了另一个事务新插入的记录。

不同的事务隔离级别^[2]对并发问题的容忍度不同。

1.3. 事务有哪些隔离级别？

可以通过show variables like 'transaction_isolation'命令查看当前事务的隔离级别。

2. 多版本并发控制

2.1. 什么是多版本并发控制？

多版本并发控制^[3]（MVCC）是指在MySQL数据库中，一条记录存在多个版本，通过一致性视图决定事务可见的版本，实现了读不加锁，读写不冲突的并发控制方式。多版本并发控制依赖记录的三个隐藏字段，undo日志和一致性视图来实现。

2.2. Undo Log的作用是什么？

事务对数据进行变更时，会记录Undo日志^[4]，用来维持记录的版本链。当事务被提交后且Undo日志不被其他事务使用时，会被回收。

2.3. 什么是一致性视图？

一致性视图^[5]（Read View）用来判断版本链中的哪个版本对当前事务是可见的，一致性视图包含以下四个部分：

• creator_trx_id（创建该视图的事务ID）：指创建该一致性视图的事务ID。
• m_ids（视图数组）：指创建一致性视图时，活跃的事务ID列表。
• min_trx_id（低水位）：指创建一致性视图时，活跃的事务ID列表中最小的事务ID。
• max_trx_id（高水位）：指创建一致性视图时，系统分配给下一个事务的ID。

2.4. 如何判断记录的版本对事务是否是可见的？

版本的可见性判断规则：

• 当版本的事务ID小于min_trx_id时，代表创建该版本的事务已提交，故该版本可见。
• 当版本的事务ID等于creator_trx_id时，代表创建该版本的事务是当前事务，故该版本可见。
• 当版本的事务ID大于等于max_trx_id时，代表创建该版本的事务是在当前事务开启之后开启的，故该版本不可见。
• 当版本的事务ID在视图数组时，代表创建该版本的事务尚未提交，故该版本不可见。
• 当版本的事务ID不在以上情况时，代表创建该版本的事务已提交，故该版本可见。

版本可见性判断的源码如下，见MySQL源码storage\innobase\include\read0types.h。

private:
  /** The read should not see any transaction with trx id >= this
  value. In other words, this is the "high water mark". */
  // 低水位
  trx_id_t m_low_limit_id;

  /** The read should see all trx ids which are strictly
  smaller (<) than this value.  In other words, this is the
  low water mark". */
  // 高水位
  trx_id_t m_up_limit_id;

  /** trx id of creating transaction, set to TRX_ID_MAX for free
  views. */
  // 创建该视图的事务ID
  trx_id_t m_creator_trx_id;

  /** Set of RW transactions that was active when this snapshot
  was taken */
  // 活跃事务ID列表
  ids_t m_ids;

public:
  // 一致性视图
  ReadView();
  ~ReadView();
  /** Check whether transaction id is valid.
  @param[in]    id              transaction id to check
  @param[in]    name            table name */
  static void check_trx_id_sanity(trx_id_t id, const table_name_t &name);

  /** Check whether the changes by id are visible.
  @param[in]    id      transaction id to check against the view
  @param[in]    name    table name
  @return whether the view sees the modifications of id. */
  // 判断版本是否是可见的？
  [[nodiscard]] bool changes_visible(trx_id_t id,
                                     const table_name_t &name) const {
    ut_ad(id > 0);

	// 当待检查的事务ID小于低水位或等于创建该视图的事务ID时，该版本可见
    if (id < m_up_limit_id || id == m_creator_trx_id) {
      return (true);
    }

    check_trx_id_sanity(id, name);

	// 当待检查的事务ID大于等于高水位时，该版本不可见
    if (id >= m_low_limit_id) {
      return (false);

    } else if (m_ids.empty()) {
      return (true);
    }

    const ids_t::value_type *p = m_ids.data();
	// 当待检查的事务ID在视图数组中时，该版本不可见，否则该版本可见
    return (!std::binary_search(p, p + m_ids.size(), id));
  }

2.5. 创建一致性视图的时机？

对于不同的事务隔离级别，创建一致性视图的时机不同：

• 对于读未提交（RU），不会创建一致性视图，直接读取版本链上最新的版本。
• 对于读已提交（RC），在每次查询前都会创建一个一致性视图，根据一致性视图来决定记录版本的可见性。
• 对于可重复读（RR），在首次查询前会创建一个一致性视图，后续查询都根据该视图来决定记录版本的可见性。
• 对于串行化（Serializable），在事务开始时会创建一致性视图，通过加锁的方式使得记录只有一个版本。

2.6. 快照读和当前读有什么区别？

• 快照读（Snapshot Read）会借助一致性视图对记录进行可见性判断，不会加锁。
• 当前读（Current Read）会读取记录的最新版本，会加锁。

3. 参考文档