隔离性与隔离级别
脏读(dirty read)、不可重复读(non-repeatable read)、幻读(phantom read)
1、脏读:一个事务可以读取另一个未提交事务的数据。需要注意的是这里针对的是数据本身,可以理解为针对单笔数据。
2、不可重复读:一个事务进行读取,分别读取到了不同的数据。需要注意的是这里针对的是数据本身,可以理解为针对单笔数据,重点是对数据的修改和删除,所以对行加锁就可以解决。
3、幻读:一个事务进行读取,分别读取到了不同的数据。需要注意的是这里针对的是数据条数,可以理解为针对多笔数据是个数据集,重点是对数据的新增,所以对表加锁就可以解决。
在谈隔离级别之前,你首先要知道,你隔离得越严实,效率就会越低。因此很多时候,我们都要在二者之间寻找一个平衡点。SQL 标准的事务隔离级别包括:读未提交(read uncommitted)、读提交(read committed)、可重复读(repeatable read)和串行化(serializable )。
- 读未提交是指,一个事务还没提交时,它做的变更就能被别的事务看到。
- 读提交是指,一个事务提交之后,它做的变更才会被其他事务看到。
- 可重复读是指,一个事务执行过程中看到的数据,总是跟这个事务在启动时看到的数据是一致的。当然在可重复读隔离级别下,未提交变更对其他事务也是不可见的。
- 串行化,顾名思义是对于同一行记录,“写”会加“写锁”,“读”会加“读锁”。当出现读写锁冲突的时候,后访问的事务必须等前一个事务执行完成,才能继续执行。
mysql> create table T(c int) engine=InnoDB;
insert into T(c) values(1);
我们来看看在不同的隔离级别下,事务 A 会有哪些不同的返回结果,也就是图里面 V1、V2、V3 的返回值分别是什么。
- 若隔离级别是“读未提交”, 则 V1 的值就是 2。这时候事务 B 虽然还没有提交,但是结果已经被 A 看到了。因此,V2、V3 也都是 2。
- 若隔离级别是“读提交”,则 V1 是 1,V2 的值是 2。事务 B 的更新在提交后才能被 A 看到。所以, V3 的值也是 2。
- 若隔离级别是“可重复读”,则 V1、V2 是 1,V3 是 2。之所以 V2 还是 1,遵循的就是这个要求:事务在执行期间看到的数据前后必须是一致的。
- 若隔离级别是“串行化”,则在事务 B 执行“将 1 改成 2”的时候,会被锁住。直到事务 A 提交后,事务 B 才可以继续执行。所以从 A 的角度看, V1、V2 值是 1,V3 的值是 2。
事务隔离的实现
如果是可重复读隔离级别,事务 T 启动的时候会创建一个视图 read-view,之后事务 T 执行期间,即使有其他事务修改了数据,事务 T 看到的仍然跟在启动时看到的一样。也就是说,一个在可重复读隔离级别下执行的事务,好像与世无争,不受外界影响。
我给你举一个例子吧。下面是一个只有两行的表的初始化语句。
mysql> CREATE TABLE `t` (
`id` int(11) NOT NULL,
`k` int(11) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;
insert into t(id, k) values(1,1),(2,2);
这时,如果我告诉你事务 B 查到的 k 的值是 3,而事务 A 查到的 k 的值是 1,你是不是感觉有点晕呢?
所以,今天这篇文章,我其实就是想和你说明白这个问题,希望借由把这个疑惑解开的过程,能够帮助你对 InnoDB 的事务和锁有更进一步的理解。
在 MySQL 里,有两个“视图”的概念:
一个是 view。它是一个用查询语句定义的虚拟表,在调用的时候执行查询语句并生成结果。创建视图的语法是 create view … ,而它的查询方法与表一样。
另一个是 InnoDB 在实现 MVCC 时用到的一致性读视图,即 consistent read view,用于支持 RC(Read Committed,读提交)和 RR(Repeatable Read,可重复读)隔离级别的实现。
它没有物理结构,作用是事务执行期间用来定义“我能看到什么数据”。
“快照”在 MVCC 里是怎么工作的?
在可重复读隔离级别下,事务在启动的时候就“拍了个快照”。注意,这个快照是基于整库的。
InnoDB 里面每个事务有一个唯一的事务 ID,叫作 transaction id。它是在事务开始的时候向 InnoDB 的事务系统申请的,是按申请顺序严格递增的。
而每行数据也都是有多个版本的。每次事务更新数据的时候,都会生成一个新的数据版本,并且把 transaction id 赋值给这个数据版本的事务 ID,记为 row trx_id。同时,旧的数据版本要保留,并且在新的数据版本中,能够有信息可以直接拿到它。
也就是说,数据表中的一行记录,其实可能有多个版本 (row),每个版本有自己的 row trx_id。
如图 2 所示,就是一个记录被多个事务连续更新后的状态。
图中虚线框里是同一行数据的 4 个版本,当前最新版本是 V4,k 的值是 22,它是被 transaction id 为 25 的事务更新的,因此它的 row trx_id 也是 25。
而数据版本的可见性规则,就是基于数据的 row trx_id 和这个一致性视图的对比结果得到的。
这个视图数组把所有的 row trx_id 分成了几种不同的情况。
这样,对于当前事务的启动瞬间来说,一个数据版本的 row trx_id,有以下几种可能:
1、如果落在绿色部分,表示这个版本是已提交的事务或者是当前事务自己生成的,这个数据是可见的;
2、如果落在红色部分,表示这个版本是由将来启动的事务生成的,是肯定不可见的;
3、如果落在黄色部分,那就包括两种情况
a. 若 row trx_id 在数组中,表示这个版本是由还没提交的事务生成的,不可见;
b. 若 row trx_id 不在数组中,表示这个版本是已经提交了的事务生成的,可见。
比如,对于图 2 中的数据来说,如果有一个事务,它的低水位是 18,那么当它访问这一行数据时,就会从 V4 通过 U3 计算出 V3,所以在它看来,这一行的值是 11。
所以你现在知道了,InnoDB 利用了“所有数据都有多个版本”的这个特性,实现了“秒级创建快照”的能力。
接下来,我们继续看一下图 1 中的三个事务,分析下事务 A 的语句返回的结果,为什么是 k=1。
这里,我们不妨做如下假设:
1、事务 A 开始前,系统里面只有一个活跃事务 ID 是 99;
2、事务 A、B、C 的版本号分别是 100、101、102,且当前系统里只有这四个事务;
3、三个事务开始前,(1,1)这一行数据的 row trx_id 是 90。
这样,事务 A 的视图数组就是[99,100], 事务 B 的视图数组是[99,100,101], 事务 C 的视图数组是[99,100,101,102]。
为了简化分析,我先把其他干扰语句去掉,只画出跟事务 A 查询逻辑有关的操作:
从图中可以看到,第一个有效更新是事务 C,把数据从 (1,1) 改成了 (1,2)。这时候,这个数据的最新版本的 row trx_id 是 102,而 90 这个版本已经成为了历史版本。
第二个有效更新是事务 B,把数据从 (1,2) 改成了 (1,3)。这时候,这个数据的最新版本(即 row trx_id)是 101,而 102 又成为了历史版本。
你可能注意到了,在事务 A 查询的时候,其实事务 B 还没有提交,但是它生成的 (1,3) 这个版本已经变成当前版本了。但这个版本对事务 A 必须是不可见的,否则就变成脏读了。
好,现在事务 A 要来读数据了,它的视图数组是[99,100]。当然了,读数据都是从当前版本读起的。所以,事务 A 查询语句的读数据流程是这样的:
1、找到 (1,3) 的时候,判断出 row trx_id=101,比高水位大,处于红色区域,不可见;
2、接着,找到上一个历史版本,一看 row trx_id=102,比高水位大,处于红色区域,不可见;
3、再往前找,终于找到了(1,1),它的 row trx_id=90,比低水位小,处于绿色区域,可见。
这样执行下来,虽然期间这一行数据被修改过,但是事务 A 不论在什么时候查询,看到这行数据的结果都是一致的,所以我们称之为一致性读。