面试题：MariaDB事务处理与并发控制的故障恢复与一致性保障

Question

假设在MariaDB高并发环境下，出现了系统崩溃，正在执行的事务部分完成。请阐述MariaDB是如何利用日志机制（如redo log、undo log）来实现故障恢复，确保事务的原子性、一致性以及数据的完整性。在这个过程中，并发控制机制又是如何协同工作以保障数据一致性的？

Answer 1

利用日志机制实现故障恢复

1. Redo Log（重做日志）
   • 作用：Redo log用于记录数据库物理层面的修改操作。在系统崩溃后，MariaDB会根据redo log中的记录将未完成的事务回滚，并将已提交的事务重新应用。
   • 恢复过程：当数据库重启时，数据库系统会从redo log的起始位置开始扫描。对于已经提交的事务，系统会按照redo log中记录的修改操作重新执行一遍，将数据恢复到事务提交时的状态，从而确保已提交事务对数据的修改得以持久化，保证了事务的持久性。
2. Undo Log（回滚日志）
   • 作用：Undo log记录了数据修改前的版本，用于事务回滚。在事务执行过程中，每一个修改操作都会同时记录对应的undo信息。
   • 恢复过程：在系统崩溃后，对于未完成的事务，数据库系统会根据undo log中的记录将数据恢复到事务开始前的状态，确保这些未完成的事务对数据的修改不会生效，以此保证事务的原子性，即要么事务全部完成，要么全部不完成。同时，undo log也有助于在多版本并发控制（MVCC）中提供旧版本的数据，保证一致性。

并发控制机制协同工作保障数据一致性

1. 锁机制
   • 共享锁（S锁）与排他锁（X锁）：在高并发环境下，当一个事务需要读取数据时，会获取共享锁，多个事务可以同时持有共享锁读取数据。而当一个事务需要修改数据时，会获取排他锁，此时其他事务不能再获取任何锁（共享锁或排他锁）来访问该数据，直到排他锁被释放。通过这种方式，避免了并发事务对同一数据的冲突修改，保证了数据一致性。
   • 锁的粒度：MariaDB支持不同粒度的锁，如行级锁、表级锁等。行级锁可以提高并发性能，因为它只锁定需要操作的行数据，而表级锁则适用于一些对整个表进行操作的场景。在并发事务处理中，根据具体的业务需求选择合适的锁粒度，以平衡并发性能和数据一致性。
2. 多版本并发控制（MVCC）
   • 原理：MVCC是一种基于数据多版本的并发控制机制。在MVCC中，数据库为每一行数据维护多个版本，这些版本通过undo log来实现。当一个事务读取数据时，它会根据自身的事务ID和数据版本号来决定读取哪个版本的数据。
   • 优点：MVCC允许读操作和写操作并发执行，而不需要像锁机制那样进行阻塞。读操作不会阻塞写操作，写操作也不会阻塞读操作，大大提高了并发性能。同时，MVCC也保证了在并发读/写操作下的数据一致性，因为每个事务看到的数据版本是一致的，符合事务的一致性要求。