事务理论 - ACID
事务理论 - ACID
ACID 是数据库事务的四个基本特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）。它规定了"一组操作要么整体成功、要么整体失败"的语义，是并发环境下数据正确性的根基。
1. 什么是事务
事务（Transaction）是一组不可分割的数据库操作序列。最典型的例子是转账：A 向 B 转 100 元，需要"扣除 A 的余额"和"增加 B 的余额"两步，两步必须同时成功或同时失败，否则数据就错乱了。ACID 正是刻画这种"全有或全无 + 并发正确 + 失败可恢复"的四个特性。
2. ACID 四特性
- 原子性（Atomicity）：事务是一个不可分割的整体，事务内的所有操作要么全部成功，要么全部失败回滚，不存在"做了一半"的中间态。
- 一致性（Consistency）：事务执行前后，数据必须从一个一致状态转移到另一个一致状态。例如转账前后两人余额之和不变，不能出现"A 扣了钱、B 却没收到"的情况。
- 隔离性（Isolation）：多个并发事务之间相互隔离、互不干扰，一个事务的中间状态对其他事务不可见。
- 持久性（Durability）：事务一旦提交，对数据库的修改就永久保存，即使随后系统宕机也不会丢失。
一致性是目的，原子性、隔离性、持久性是达成目的的手段；其中隔离性在并发场景下最难完全保证，因此引入了"隔离级别"的折中（见第 4 节）。
3. ACID 靠什么保证
以 MySQL（InnoDB）为例，四大特性各有其支撑机制：
| 特性 | 保证机制 | 说明 |
|---|---|---|
| A 原子性 | undo log | 记录数据修改前的旧值，回滚时反向撤销已执行的操作 |
| C 一致性 | 代码 + 约束 | 由业务代码、主键/外键/唯一约束等共同保证，是"目标"而非单一机制 |
| I 隔离性 | MVCC + 锁 | 多版本并发控制提供一致性读，锁处理写冲突 |
| D 持久性 | redo log | 事务提交时先写 redo log 并刷盘，宕机后据此重放恢复 |
- undo log（回滚日志）：逻辑日志，保存旧版本数据。回滚时执行反向操作，也用于 MVCC 读取历史版本。
- redo log（重做日志）：物理日志，记录"在某个数据页上做了什么修改"。采用 WAL（Write-Ahead Logging）策略——先写日志、再写磁盘数据页，宕机重启后按 redo log 重放已完成的事务。它是持久性的关键，"提交即落盘"指的就是 redo log 刷盘。
一致性为什么"由代码保证"
一致性是业务语义层面的约束（如"余额不能为负"），数据库只能保证结构层面的约束（外键、唯一键等）。是否在扣款前校验余额、扣款与加款是否放在同一事务，都是业务代码的职责，因此一致性最终要靠正确的代码来实现。
4. 隔离级别与并发异常
当多个事务并发执行时，若不加约束，会出现三类读异常：
- 脏读（Dirty Read）：读到了另一个事务尚未提交的数据；一旦对方回滚，读到的就是不存在的数据。
- 不可重复读（Non-repeatable Read）：同一事务内两次读同一行，结果不同，因为期间另一个事务提交了修改。
- 幻读（Phantom Read）：同一事务内两次执行相同的范围查询，第二次多（或少）了一些行，因为另一个事务提交了插入/删除。
SQL 标准定义了四个隔离级别，用强弱换并发性能：
| 隔离级别 | 脏读 | 不可重复读 | 幻读 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 读未提交（Read Uncommitted） | 可能 | 可能 | 可能 | 几乎不加隔离，性能最高 |
| 读已提交（Read Committed, RC） | 不可能 | 可能 | 可能 | 只能读到已提交数据，Oracle/PostgreSQL 默认 |
| 可重复读（Repeatable Read, RR） | 不可能 | 不可能 | 标准允许可能 | MySQL InnoDB 默认 |
| 串行化（Serializable） | 不可能 | 不可能 | 不可能 | 最强，事务串行执行，并发最差 |
隔离级别越高，一致性与并发性越难两全。可重复读通过 MVCC 实现，在同一事务里始终读同一份快照；串行化则通过加锁让并发事务串行化。
4.1 MySQL InnoDB 的可重复读与幻读
MySQL InnoDB 在 RR 级别下，针对一致性读（普通 SELECT）利用 MVCC 返回事务开始时的快照，从而避免不可重复读。对于当前读（SELECT ... FOR UPDATE、UPDATE、DELETE），InnoDB 额外使用间隙锁（Gap Lock）+ 临键锁（Next-Key Lock）锁住记录及其间隙，从而在很大程度上避免了幻读。因此 InnoDB 的 RR 实际上已能规避大部分幻读场景，这也是它把默认级别设为 RR 的原因。
关于快照读的底层实现可参见 MySQL 事务与 MVCC。
5. 隔离级别的选择与实战
- 先看默认值：MySQL 默认 RR，Oracle/PostgreSQL 默认 RC，迁移或跨库开发时要留意差异。
- RC 常用于高并发：读已提交配合行锁，锁范围小、并发高，是很多互联网系统的实际选择，但业务需容忍不可重复读。
- 串行化只在必要时用：它的锁代价极高，通常只用于对一致性要求极端严格的少数操作。
- 缩短事务：事务内尽快提交、避免长事务，减少锁持有时间与 undo 膨胀。
- 明确隔离级别：在代码或用例中显式声明所需级别，不要依赖隐式默认。
ACID 属于事务理论的基础，与之相关的还有分布式场景下的 CAP / BASE，见 分布式理论 - CAP；事务基础概念见 事务理论 - 基础。
6. 小结
- 事务的四个特性是原子性、一致性、隔离性、持久性（ACID）。
- MySQL 中 A 靠 undo log、D 靠 redo log、I 靠 MVCC + 锁，C 最终由业务代码保证。
- 并发会带来脏读、不可重复读、幻读，隔离级别越高异常越少、并发越差。
- InnoDB 默认 RR：普通读走 MVCC 快照，当前读靠间隙锁规避幻读。
- 选隔离级别要在正确性与并发性之间权衡，并尽量缩短事务、显式声明级别。