1. 事务的四大特性
事务有4种特性：原子性、一致性、隔离性和持久性。那么事务的四种特性到底是基于什么机制实现呢？
事务的隔离性由锁机制实现。
事务的原子性、一致性和持久性由事务的 redo 日志和 undo 日志来保证。
redo log 称为重做日志 ，提供再写入操作，恢复提交事务修改的页操作，用来保证事务的持久性。
undo log 称为回滚日志 ，回滚行记录到某个特定版本，用来保证事务的原子性、一致性。
redo log 是存储引擎层生成的日志，记录的是物理级别上的页修改操作，比如页号xxx，偏移量yyy，写入了zzz数据，主要是为了保证数据的可靠性。
undo log 是存储引擎层生成的日志，记录的是逻辑操作的日志，比如对某一行数据进行了 insert 语句操作，那么undo log 就记录一条与之相反的 delete 操作。主要用于事务的回滚和一致性非锁定读(mvcc)。
2. 如何理解undo log
事务需要保证原子性，也就是事务中的操作要么全部完成，要么什么都不做。但有时候事务执行到一半会出现一些情况：
- 事务执行过程中可能遇到各种错误，比如服务器本身的错误，操作系统错误，甚至是突然断电导致的错误。
- 程序员可以再事务执行过程中手动输入 Rollback 语句结束当前事务的执行。
这两种情况都会导致事务执行到一半就结束，但是在事务执行过程中可能已经修改了很多东西。为了保证事务的原子性，我们需要改回原来的样子，这个过程称为回滚。这就造成了一个假象：这个事务看起来什么都没做，所以符合原子性要求。你插入了一条记录，回滚对应的操作就是把这条记录删除掉；你更新了一条记录，回滚对应的操作就是那该记录更新回旧值；你删除了一条记录，回滚对应的操作自然就是把该记录再插进去。
因此，每当我们要对一条记录进行改动时（这里的改动是指 insert,delete,update），都需要留一手，把回滚时所需要的东西都记下来。比如：
- 你插入一条记录时，至少要把这条记录的主键值记下来，之后回滚的时候值需要把这个主键值对应的记录删掉就好了。对于每个insert，Innodb 存储引擎都会完成一个 delete。
- 你删除了一条记录，至少要把这条记录中的内容都记下来，这样之后回滚时再把这些内容组成的记录插入到表中就好了。对于每个 delete，Innodb 存储引擎会执行一个 insert。
- 你修改了一条记录，至少要把修改这条记录前的旧值记录下来，这样之后回滚时再把这条记录更新为旧值就好了。对于每个 update，Innodb 存储会执行一个相反的 update，将修改前的行放回去。
MySQL把这些为了回滚而记录的这些内容称之为回滚日志，即 uodo log。由于查询操作并不会修改任何用户记录，所以在查询操作执行时，并不需要记录相应的 undo 日志。
此外，undo log 会产生 redo log，也就是 undo log 的产生会伴随 redo log 的产生，这是因为 undo log 也需要持久性的保护。
3. undo log 的作用
1. 回滚数据：
用户对undo log 可能有误解，以为 undo 用于将数据库物理的恢复到执行语句或事务之前的样子。但事实并非如此，undo是逻辑日志，因此只是将数据库逻辑的恢复到原来的样子。所有修改都被逻辑的取消了，但是数据结构和回滚之后可能大不相同。
这是因为在多并发系统中，可能会有数十、数百、甚至数千个并发事务。数据库的主要任务就是协调对数据记录的并发访问。比如，一个事务在修改当前一个页中某几条记录，同时还有别的事务在对同一个页中的另外几条记录进行修改。因此，不能将一个页回滚到事务开始的样子，因为这样会影响其他事务正在进行的工作。
2. MVCC：
undo 的另一个作用是MVCC，即在Innodb存储引擎中MVCC的实现是通过undo来完成的。当用户读取一行记录时，若该记录已经被其他事务占用，当前事务可以通过读取之前的行版本信息，一次实现非锁定读。
4. undo 的存储结构
1. 回滚段与undo 页：
InnoDB 对 undo log 的管理采用段的方式，也就是 回滚段（rollback segment） 。每个回滚段记录了 1024 个 undo log segment ，而在每个undo log segment段中进行 undo页 的申请。
- 在 InnoDB1.1 版本之前，只有一个rollback segment，因此支持同时在线的事务 限制为 1024 。虽然对绝大多数的应用来说都已经够用。
- 从1.1版本开始 InnoDB 支持最大 128个rollback segment ，故其支持同时在线的事务限制提高到 了 128*1024 。
2. 回滚段与事务：
- 每个事务只会使用一个回滚段，一个回滚段在同一时刻可能会服务于多个事务。
- 当一个事务开始的时候，会制定一个回滚段，在事务进行的过程中，当数据被修改时，原始的数据会被复制到回滚段。
- 在回滚段中，事务会不断填充盘区，直到事务结束或所有的空间被用完。如果当前的盘区不够用，事务会在段中请求扩展下一个盘区，如果所有已分配的盘区都被用完，事务会覆盖最初的盘 区或者在回滚段允许的情况下扩展新的盘区来使用。
- 回滚段存在于undo表空间中，在数据库中可以存在多个 undo 表空间，但同一时刻只能使用一个 undo 表空间。
- 当事务提交时，InnoDB存储引擎会做以下两件事情： 将 undo log 放入列表中，以供之后的 purge 操作 判断undo log 所在的页是否可以重用，若可以分配给下个事务使用
3. 回滚段中的数据分类 :
- 未提交的回滚数据 (uncommitted undo information)
- 已经提交但未过期的回滚数据 (committed undo information)
- 事务已经提交并过期的数据 (expired undo information)
5. undo 的类型
在Innodb存储引擎中，undo log 分为：
1. insert undo log
insert undo log 是指在 insert 操作中产生中产生的 undo log。因为 insert 操作的记录，只对本事务可见，对其他事物不可见，故该 undo log可以在事务提交后直接删除。不需要进行 purge 操作。
2. update undo log
update undo log 记录的是对 delete 和 update 操作产生的 undo log。该 undo log 可能需要提供MVCC机制，因此不能再事务提交时救进行删除。提交时放入 undo log 链表，等待 purge 线程做最后的删除。
6. undo log 的生命周期
1. 简要生成过程
只有buffer pool的流程：
有了redo log和undo log之后：
在更新buffer pool中的数据之前，我们需要先将该数据事务开始之前的状态写入undo log 中。假设更新到一般出错了，我们就可以使用undo log来回滚到事务开始之前。
2. 详细生成过程
对于innodb存储引擎来说，每个行记录除了记录本身的数据之外，还有几个隐藏的列：
- db_row_id：如果没有为表显式的定义主键，并且表中页面有定义唯一索引，那么innodb会自动为表添加一个row_id的隐藏列作为主键。
- db_trx_id：每个事务都会分配一个事务id，当对某条记录发生变更时，就会将这个事务的id写入trx_id中。
- db_roll_ptr：回滚指针，本质上就是执行undo log的指针。
当我们执行insert时：
begin;
insert into user(name) values("tom");
插入的数据都会生成一条insert undo log，并且数据的回滚指针会指向它。undo log会记录undo log的序号，插入主键的列和值…，那么在进行rollback的时候，通过主键直接把对应的数据删除即可。
当我们执行update时：
对于更新的操作会产生update undo log，并且会分更新主键和不更新主键的，假设现在执行：
update user set name="sun" where id=1;
这时会把老的记录写入到新的undo log，让回滚指针执行新的undo log，它的undo no是1，并且性的undo log会指向老的undo log（undo no=0）。
假设现在执行：
update user set id=2 where id=1;
对于更新主键的操作，会先把原来的数据deletemark标识打开，这时并没有真正的删除数据，真正的删除会交给清理线程去判断，然后再后面插入一条心的数据，新的数据也会产生undo log，并且undo log的序号会递增。
可以发现，每次对数据的变更都会产生一个undo log，当一条记录被变更多次时，那么就会产生多条undo log，undo log记录的是变更前的日志，并且每个undo log的序号是递增的，那么当要回滚的时候，按照序号依次向前推，就可以找到我们的原始数据了。
3. undo log是如何回滚的
以上面的例子来说，假设执行rollback，那么对应的流程应该是这样：
1、 通过undono=3的日志把id=2的数据删除；
2、 通过undono=2的日志把id=1的数据的deletemark还原成0；
3、 通过undono=1的日志把id=1的数据的name还原成Tom；
4、 通过undono=0的日志把id=1的数据删除；
4. undo log的删除
针对于insert undo log ：
因为insert操作的记录，只对事务本身可见，对其他事务不可见。故该undo log可以在事务提交后直接删 除，不需要进行purge操作。
针对于update undo log ：
该undo log可能需要提供MVCC机制，因此不能在事务提交时就进行删除。提交时放入undo log链表，等待purge线程进行最后的删除。
小结：
undo log 是逻辑日志，对事务回滚时，只是将数据库逻辑地恢复到原来的样子。
redo log 是物理日志，记录的是数据页的物理变化，undo log不是redo log的逆过程。