浅谈数据库事务及隔离级别

什么是事务

事务是逻辑上的一组操作,要么都执行,要么都不执行。

事务最经典也经常被拿出来说例子就是转账了。假如小明要给小红转账1000元,这个转账会涉及到两个关键操作就是:将小明的余额减少1000元,将小红的余额增加1000元。万一在这两个操作之间突然出现错误比如银行系统崩溃,导致小明余额减少而小红的余额没有增加,这样就不对了。事务就是保证这两个关键操作要么都成功,要么都要失败。

事务的特性

•原子性:事务是最小的执行单位,不允许分割。事务的原子性确保动作要么全部完成,要么完全不起作用;

•一致性:在事务开始和完成时,数据都必须保持一致状态。这意味着所有相关的数据规则都必须应用于事务的修改,以保持数据的完整性;事务结束时,所有的内部数据结构(如B树索引或双向链表)也都必须是正确的。

•隔离性:并发访问数据库时,一个用户的事物不被其他事物所干扰,各并发事务之间数据库是独立的;

•持久性:一个事务被提交之后。它对数据库中数据的改变是持久的,即使数据库发生故障也不应该对其有任何影响。

事务的隔离级别

在典型的应用程序中,多个事务并发运行,经常会操作相同的数据来完成各自的任务(多个用户对统一数据进行操作)。并发虽然是必须的,但可能会导致以下的问题。

•脏读(Dirty read):当一个事务正在访问数据并且对数据进行了修改,而这种修改还没有提交到数据库中,这时另外一个事务也访问了这个数据,然后使用了这个数据。因为这个数据是还没有提交的数据,那么另外一个事务读到的这个数据是“脏数据”,依据“脏数据”所做的操作可能是不正确的。

•丢失修改(Lost to modify):指在一个事务读取一个数据时,另外一个事务也访问了该数据,那么在第一个事务中修改了这个数据后,第二个事务也修改了这个数据。这样第一个事务内的修改结果就被丢失,因此称为丢失修改。例如:事务1读取某表中的数据A=20,事务2也读取A=20,事务1修改A=A-1,事务2也修改A=A-1,最终结果A=19,事务1的修改被丢失。

•不可重复读(Unrepeatableread):指在一个事务内多次读同一数据。在这个事务还没有结束时,另一个事务也访问该数据。那么,在第一个事务中的两次读数据之间,由于第二个事务的修改导致第一个事务两次读取的数据可能不太一样。这就发生了在一个事务内两次读到的数据是不一样的情况,因此称为不可重复读。

•幻读(Phantom read):幻读与不可重复读类似。它发生在一个事务(T1)读取了几行数据,接着另一个并发事务(T2)插入了一些数据时。在随后的查询中,第一个事务(T1)就会发现多了一些原本不存在的记录,就好像发生了幻觉一样,所以称为幻读。

不可重复度和幻读区别是不可重复读的重点是修改,幻读的重点在于新增或者删除。

SQL92标准定义了四个隔离级别:

•READ-UNCOMMITTED(读取未提交):最低的隔离级别,允许读尚未提交的数据变更,可能会导致脏读、幻读或不可重复读

•READ-COMMITTED(读取已提交):允许读取并发事务已经提交的数据,可以阻止脏读,但是幻读或不可重复读仍有可能发生

•REPEATABLE-READ(可重读):对同一字段的多次读取结果都是一致的,除非数据是被本身事务自己所修改,可以阻止脏读和不可重复读,但幻读仍有可能发生

•SERIALIZABLE(可串行化):最高的隔离级别,完全服从ACID的隔离级别。所有的事务依次逐个执行,这样事务之间就完全不可能产生干扰,也就是说,该级别可以防止脏读、不可重复读以及幻读

InnoDB如何实现四种事务隔离级别

InnoDB实现了SQL92标准中的四种隔离级别:

(1)读未提交:select不加锁,不使用快照读,可能出现读脏;

(2)读提交(RC):这是互联网最常用的隔离级别,在RC下,普通读是快照读, 即不加锁的一致性读,INSERT在插入索引间隔内加插入意向锁, 对具体的插入行加记录锁。与REPEATABLE READ隔离级别不同的是, 每一次一致性读取, 即使在同一事务中, 也会设置和读取它自己的新快照, 这就会导致不可重复读的问题。加锁的select, update, delete等语句,除了在外键约束检查(foreign-key constraint checking)以及重复键检查(duplicate-key checking)时会封锁区间,其他时刻都只使用记录锁;此时,其他事务的插入依然可以执行,就可能导致,读取到幻影记录,出现幻读。

(3)可重复读(RR):普通的select使用快照读(snapshot read),这是一种不加锁的一致性读(Consistent Nonlocking Read),底层使用MVCC来实现,所有的select操作都是读取的第一次select所建立的快照, 这就解决了不可重复读的问题,INSERT在插入索引间隔内加插入意向锁, 对具体的插入行加记录锁。加锁的select(select ... in share mode / select ... for update), update, delete等语句,它们的锁,依赖于它们是否在唯一索引(unique index)上使用了唯一的查询条件(unique search condition),或者范围查询条件(range-type search condition):在唯一索引上使用唯一的查询条件,会使用记录锁(record lock),而不会封锁记录之间的间隔,即不会使用间隙锁(gap lock)与临键锁(next-key lock);范围查询条件,会使用间隙锁与临键锁,锁住索引记录之间的范围,避免范围间插入记录,以避免产生幻影行记录,以及避免幻读;

(4)串行化:当禁用 autocommit 时,select隐式转化为SELECT … LOCK IN SHARE MODE,当有未提交的事务正在修改某些行,所有读取这些行的select都会被阻塞住(读写不能并发进行);与 SQL 标准不同的地方在于InnoDB 存储引擎在 REPEATABLE-READ(RR-可重读)事务隔离级别下使用的是Next-Key Lock (临键锁)锁算法,因此可以避免幻读的产生,这与其他数据库系统(如 SQL Server)是不同的。所以说InnoDB 存储引擎的默认支持的隔离级别是 REPEATABLE-READ(可重读) 已经可以完全保证事务的隔离性要求,即达到了 SQL标准的SERIALIZABLE(可串行化)隔离级别。

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参考文章:

一文带你轻松搞懂事务隔离级别(图文详解)

4种事务的隔离级别,InnoDB如何巧妙实现?

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