面试模拟场景
面试官: 你能解释一下事务的ACID特性有哪些？是如何保证的？
参考回答示例
候选人: 当然可以。事务的ACID特性是数据库系统中保证数据一致性和可靠性的关键特性。ACID是原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）的缩写。以下是每个特性及其在数据库系统中如何被保证的详细解释。
1. 原子性（Atomicity）
定义:
- 原子性指的是事务的所有操作要么全部完成，要么完全不执行。即在事务结束时，事务中的所有操作都作为一个整体，要么都被提交（commit），要么都被回滚（rollback）。
保证方法:
- 事务日志（Transaction Log）: 数据库系统使用事务日志来记录事务的每个操作。在事务执行过程中，所有更改都会被记录到日志中。在提交（commit）之前，日志确保了即使系统崩溃，数据库也能通过回滚未完成的事务来恢复一致性。
- 回滚机制（Rollback Mechanism）: 如果在事务执行过程中发生错误，数据库系统会使用回滚操作撤销所有已完成的操作，以恢复到事务开始前的状态，从而保证原子性。
示例:
BEGIN TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE account_id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE account_id = 2;
COMMIT;
-- 如果在其中一条 UPDATE 语句后发生错误，事务会回滚，不会改变账户余额。
2. 一致性（Consistency）
定义:
- 一致性确保事务在执行前后，数据库从一个一致的状态转变为另一个一致的状态。任何违反数据库约束、规则或触发器的操作都不能提交。
保证方法:
- 数据库约束（Constraints）: 数据库定义了各种约束（如主键、外键、唯一性约束等），确保数据的完整性和一致性。在事务提交时，这些约束会被检查，确保数据满足所有一致性规则。
- 触发器（Triggers）: 触发器可以自动执行特定操作，以确保数据库的一致性。例如，触发器可以在插入或更新数据时检查业务规则，防止不符合业务逻辑的数据进入数据库。
- 应用层逻辑: 在应用层，通过验证输入数据和执行必要的业务逻辑，也可以确保数据的一致性。事务只有在满足所有规则的情况下才会被提交。
示例:
BEGIN TRANSACTION;
UPDATE orders SET status = 'SHIPPED' WHERE order_id = 123;
INSERT INTO shipments(order_id, ship_date) VALUES(123, NOW());
COMMIT;
-- 确保每个发货记录都对应一个已发货订单，保证一致性。
3. 隔离性（Isolation）
定义:
- 隔离性保证了并发事务之间互不干扰，每个事务看到的数据库状态应当与其他事务独立，即事务的中间状态对其他事务不可见。
隔离级别:
数据库系统通过设置不同的隔离级别来控制事务的并发行为，常见的隔离级别包括：
- 读未提交（Read Uncommitted）: 事务可以看到其他未提交事务的中间状态，可能导致脏读（Dirty Read）。
- 读已提交（Read Committed）: 事务只能看到其他已提交事务的结果，防止脏读。
- 可重复读（Repeatable Read）: 事务开始后，所有读取的行数据在事务结束前不会改变，防止不可重复读。
- 可序列化（Serializable）: 事务完全隔离，仿佛事务是顺序执行的，防止幻读（Phantom Read）。
保证方法:
- 锁机制（Locks）: 数据库系统通过行级锁、表级锁等锁机制来控制并发事务的访问。不同的隔离级别使用不同的锁策略来防止并发问题。
- 多版本并发控制（MVCC, Multi-Version Concurrency Control）: MVCC通过维护数据的多个版本来实现事务隔离，避免事务之间的锁竞争，提高并发性。例如，事务可以读取快照数据而不阻塞其他事务的写操作。
示例:
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
BEGIN TRANSACTION;
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 1;
-- 事务内再次查询 account_id = 1 的 balance，结果不会改变，即使其他事务修改了该账户的余额。
4. 持久性（Durability）
定义:
- 持久性确保一旦事务提交，其结果就会永久地保存在数据库中，即使系统崩溃或发生故障，数据也不会丢失。
保证方法:
- 写前日志（WAL, Write-Ahead Logging）: 在事务提交之前，所有的更改都会先写入日志文件。即使系统崩溃，数据库也可以使用这些日志重做事务，确保数据的持久性。
- 持久化存储: 数据库系统通过将数据写入持久化存储设备（如磁盘、SSD）来保证数据的持久性。提交事务时，数据库确保所有数据已被安全写入存储设备。
- 同步刷新（fsync）： 在提交事务时，数据库系统会调用操作系统的同步刷新命令（如
fsync）来确保日志或数据文件被安全地写入磁盘，防止系统崩溃导致数据丢失。
示例:
BEGIN TRANSACTION;
INSERT INTO transactions(account_id, amount) VALUES(1, 100);
COMMIT;
-- 事务一旦提交，插入的数据即使系统崩溃也不会丢失。
5. 总结
数据库通过一系列技术和机制来确保事务的ACID特性：
- 原子性（Atomicity） 通过事务日志和回滚机制来保证。
- 一致性（Consistency） 通过数据库约束、触发器和应用逻辑来保证。
- 隔离性（Isolation） 通过锁机制和MVCC来实现，控制事务的并发行为。
- 持久性（Durability） 通过写前日志和持久化存储来保证数据在事务提交后的持久保存。