数据库事务中的隔离级别和锁

我会带着你远行 2022-06-09 04:59 208阅读 0赞

数据库事务中的隔离级别和锁

数据库事务在后端开发中占非常重要的地位，如何确保数据读取的正确性、安全性也是我们需要研究的问题。  
ACID  
首先总结一下数据库事务正确执行的四个要素（ACID）：

原子性（Atomicity）：即事务是不可分割的最小工作单元，事务内的操作要么全做，要么全不做，不能只做一部分；  
一致性（Consistency）：在事务执行前数据库的数据处于正确的状态，而事务执行完成后数据库的数据还是处于正确的状态，即数据完整性约束没有被破坏；比如我们做银行转账的相关业务，A转账给B，要求A转的钱B一定要收到。如果A转了钱而B没有收到，那么数据库数据的一致性就得不到保障，在做高并发业务时要注意合理的设计。  
隔离性（Isolation）：并发事务执行之间无影响，在一个事务内部的操作对其他事务是不产生影响，这需要事务隔离级别来指定隔离性；  
持久性（Durability）：事务一旦执行成功，它对数据库的数据的改变必须是永久的，不会因各种异常导致数据不一致或丢失。  
事务隔离级别  
大部分数据库事务操作都是并发执行的，这就可能遇到下面的几种问题：

丢失更新：两个事务同时更新一行数据，最后一个事务的更新会覆盖掉第一个事务的更新，从而导致第一个事务更新的数据丢失，后果比较严重。一般是由于没加锁的原因造成的。  
脏读（Dirty reads）：一个事务A读取到了另一个事务B还没有提交的数据，并在此基础上进行操作。如果B事务rollback，那么A事务所读取到的数据就是不正确的，会带来问题。  
不可重复读（Non-repeatable reads）：在同一事务范围内读取两次相同的数据，所返回的结果不同。比如事务B第一次读数据后，事务A更新数据并commit，那么事务B第二次读取的数据就与第一次是不一样的。  
幻读（Phantom reads）：一个事务A读取到了另一个事务B新提交的数据。比如，事务A对一个表中所有行的数据按照某规则进行修改（整表操作），同时，事务B向表中插入了一行原始数据，那么后面事务A再对表进行操作时，会发现表中居然还有一行数据没有被修改，就像发生了幻觉，飘飘欲仙一样。  
注意：不可重复读和幻读的区别是，不可重复读对应的表的操作是更改(UPDATE)，而幻读对应的表的操作是插入(INSERT)，两种的应对策略不一样。对于不可重复读，只需要采用行级锁防止该记录被更新即可，而对于幻读必须加个表级锁，防止在表中插入数据。有关锁的问题，下面会讨论。

为了处理这几种问题，SQL定义了下面的4个等级的事务隔离级别：

未提交读（READ UNCOMMITTED ）：最低隔离级别，一个事务能读取到别的事务未提交的更新数据，很不安全，可能出现丢失更新、脏读、不可重复读、幻读；  
提交读（READ COMMITTED）：一个事务能读取到别的事务提交的更新数据，不能看到未提交的更新数据，不会出现丢失更新、脏读，但可能出现不可重复读、幻读；  
可重复读（REPEATABLE READ）：保证同一事务中先后执行的多次查询将返回同一结果，不受其他事务影响，不可能出现丢失更新、脏读、不可重复读，但可能出现幻读；  
序列化（SERIALIZABLE）：最高隔离级别，不允许事务并发执行，而必须串行化执行，最安全，不可能出现更新、脏读、不可重复读、幻读，但是效率最低。  
隔离级别越高，数据库事务并发执行性能越差，能处理的操作越少。所以一般地，推荐使用REPEATABLE READ级别保证数据的读一致性。对于幻读的问题，可以通过加锁来防止。  
MySQL支持这四种事务等级，默认事务隔离级别是REPEATABLE READ。Oracle数据库支持READ COMMITTED 和 SERIALIZABLE这两种事务隔离级别，所以Oracle数据库不支持脏读。Oracle数据库默认的事务隔离级别是READ COMMITTED。

各种锁  
下面总结一下MySQL中的锁，有好几种分类。其它RDBMS也差不多是这样。  
首先最重要的分类就是乐观锁(Optimistic Lock)和悲观锁(Pessimistic Lock)，这实际上是两种锁策略。  
乐观锁，顾名思义就是非常乐观，非常相信真善美，每次去读数据都认为其它事务没有在写数据，所以就不上锁，快乐的读取数据，而只在提交数据的时候判断其它事务是否搞过这个数据了，如果搞过就rollback。乐观锁相当于一种检测冲突的手段，可通过为记录添加版本或添加时间戳来实现。  
悲观锁，对其它事务抱有保守的态度，每次去读数据都认为其它事务想要作祟，所以每次读数据的时候都会上锁，直到取出数据。悲观锁大多数情况下依靠数据库的锁机制实现，以保证操作最大程度的独占性，但随之而来的是各种开销。悲观锁相当于一种避免冲突的手段。  
选择标准：如果并发量不大，或数据冲突的后果不严重，则可以使用乐观锁；而如果并发量大或数据冲突后果比较严重（对用户不友好），那么就使用悲观锁。

从读写角度，分共享锁（S锁，Shared Lock）和排他锁（X锁，Exclusive Lock），也叫读锁（Read Lock）和写锁（Write Lock）。  
理解：

持有S锁的事务只读不可写。如果事务A对数据D加上S锁后，其它事务只能对D加上S锁而不能加X锁。  
持有X锁的事务可读可写。如果事务A对数据D加上X锁后，其它事务不能再对D加锁，直到A对D的锁解除。  
从锁的粒度角度，主要分为表级锁（Table Lock）和行级锁（Row Lock）。  
表级锁将整个表加锁，性能开销最小。用户可以同时进行读操作。当一个用户对表进行写操作时，用户可以获得一个写锁，写锁禁止其他的用户读写操作。写锁比读锁的优先级更高，即使有读操作已排在队列中，一个被申请的写锁仍可以排在所队列的前列。  
行级锁仅对指定的记录进行加锁，这样其它进程可以对同一个表中的其它记录进行读写操作。行级锁粒度最小，开销大，能够支持高并发，可能会出现死锁。

MySQL的MyISAM引擎使用表级锁，而InnoDB支持表级锁和行级锁，默认是行级锁。  
还有BDB引擎使用页级锁，即一次锁定一组记录，并发性介于行级锁和表级锁之间。

三级锁协议  
三级加锁协议是为了保证正确的事务并发操作，事务在读、写数据库对象是需要遵循的加锁规则。

一级封锁协议：事务T在修改数据R之前必须对它加X锁，直到事务结束方可释放。而若事务T只是读数据，不进行修改，则不需加锁，因此一级加锁协议下可能会出现脏读和不可重复读。  
二级加锁协议：在一级加锁协议的基础上，加上这样一条规则——事务T在读取数据R之前必须对它加S锁，直到读取完毕以后释放。二级加锁协议下可能会出现不可重复读。  
三级加锁协议：在一级加锁协议的基础上，加上这样一条规则——事务T在读取数据R之前必须对它加S锁，直到事务结束方可释放。三级加锁协议避免了脏读和不可重复读的问题。

spring @Transactional注解参数详解

事物注解方式: @Transactional

当标于类前时, 标示类中所有方法都进行事物处理 , 例子:

1 @Transactional public class TestServiceBean implements TestService \{\}  
当类中某些方法不需要事物时:

复制代码  
 @Transactional   
 public class TestServiceBean implements TestService \{   
 private TestDao dao;   
 public void setDao(TestDao dao) \{   
 this.dao = dao;   
 \}   
 @Transactional(propagation =Propagation.NOT\_SUPPORTED)  
 public List getAll() \{   
 return null;   
 \}   
 \}  
复制代码

事物传播行为介绍:

@Transactional(propagation=Propagation.REQUIRED) ：如果有事务, 那么加入事务, 没有的话新建一个(默认情况下)  
　　@Transactional(propagation=Propagation.NOT\_SUPPORTED) ：容器不为这个方法开启事务  
　　@Transactional(propagation=Propagation.REQUIRES\_NEW) ：不管是否存在事务,都创建一个新的事务,原来的挂起,新的执行完毕,继续执行老的事务  
　　@Transactional(propagation=Propagation.MANDATORY) ：必须在一个已有的事务中执行,否则抛出异常  
　　@Transactional(propagation=Propagation.NEVER) ：必须在一个没有的事务中执行,否则抛出异常(与Propagation.MANDATORY相反)  
　　@Transactional(propagation=Propagation.SUPPORTS) ：如果其他bean调用这个方法,在其他bean中声明事务,那就用事务.如果其他bean没有声明事务,那就不用事务.

事物超时设置:

@Transactional(timeout=30) //默认是30秒

事务隔离级别:

@Transactional(isolation = Isolation.READ\_UNCOMMITTED)：读取未提交数据(会出现脏读, 不可重复读) 基本不使用  
　　@Transactional(isolation = Isolation.READ\_COMMITTED)：读取已提交数据(会出现不可重复读和幻读)  
　　@Transactional(isolation = Isolation.REPEATABLE\_READ)：可重复读(会出现幻读)  
　　@Transactional(isolation = Isolation.SERIALIZABLE)：串行化

MYSQL: 默认为REPEATABLE\_READ级别  
　　SQLSERVER: 默认为READ\_COMMITTED

脏读 : 一个事务读取到另一事务未提交的更新数据  
不可重复读 : 在同一事务中, 多次读取同一数据返回的结果有所不同, 换句话说,   
后续读取可以读到另一事务已提交的更新数据. 相反, "可重复读"在同一事务中多次  
读取数据时, 能够保证所读数据一样, 也就是后续读取不能读到另一事务已提交的更新数据  
幻读 : 一个事务读到另一个事务已提交的insert数据

@Transactional注解中常用参数说明

参数名称

功能描述

readOnly

该属性用于设置当前事务是否为只读事务，设置为true表示只读，false则表示可读写，默认值为false。例如：@Transactional(readOnly=true)

rollbackFor

该属性用于设置需要进行回滚的异常类数组，当方法中抛出指定异常数组中的异常时，则进行事务回滚。例如：

指定单一异常类：@Transactional(rollbackFor=RuntimeException.class)

指定多个异常类：@Transactional(rollbackFor=\{RuntimeException.class, Exception.class\})

rollbackForClassName

该属性用于设置需要进行回滚的异常类名称数组，当方法中抛出指定异常名称数组中的异常时，则进行事务回滚。例如：

指定单一异常类名称：@Transactional(rollbackForClassName="RuntimeException")

指定多个异常类名称：@Transactional(rollbackForClassName=\{"RuntimeException","Exception"\})

noRollbackFor

该属性用于设置不需要进行回滚的异常类数组，当方法中抛出指定异常数组中的异常时，不进行事务回滚。例如：

指定单一异常类：@Transactional(noRollbackFor=RuntimeException.class)

指定多个异常类：@Transactional(noRollbackFor=\{RuntimeException.class, Exception.class\})

noRollbackForClassName

该属性用于设置不需要进行回滚的异常类名称数组，当方法中抛出指定异常名称数组中的异常时，不进行事务回滚。例如：

指定单一异常类名称：@Transactional(noRollbackForClassName="RuntimeException")

指定多个异常类名称：

@Transactional(noRollbackForClassName=\{"RuntimeException","Exception"\})

propagation

该属性用于设置事务的传播行为，具体取值可参考表6-7。

例如：@Transactional(propagation=Propagation.NOT\_SUPPORTED,readOnly=true)

isolation

该属性用于设置底层数据库的事务隔离级别，事务隔离级别用于处理多事务并发的情况，通常使用数据库的默认隔离级别即可，基本不需要进行设置

timeout

该属性用于设置事务的超时秒数，默认值为-1表示永不超时

注意的几点:  
　　1、@Transactional 只能被应用到public方法上, 对于其它非public的方法,如果标记了@Transactional也不会报错,但方法没有事务功能.  
　　2、用 spring 事务管理器,由spring来负责数据库的打开,提交,回滚.默认遇到运行期例外(throw new RuntimeException("注释");)会回滚，即遇到不受检查（unchecked）的例外时回滚；而遇到需要捕获的例外(throw new Exception("注释");)不会回滚,即遇到受检查的例外（就是非运行时抛出的异常，编译器会检查到的异常叫受检查例外或说受检查异常）时，需我们指定方式来让事务回滚要想所有异常都回滚,要加上 @Transactional( rollbackFor=\{Exception.class,其它异常\}) .如果让unchecked例外不回滚： @Transactional(notRollbackFor=RunTimeException.class)  
如下:

复制代码  
@Transactional(rollbackFor=Exception.class) //指定回滚,遇到异常Exception时回滚  
public void methodName() \{  
　　　throw new Exception("注释");  
\}  
@Transactional(noRollbackFor=Exception.class)//指定不回滚,遇到运行期例外(throw new RuntimeException("注释");)会回滚  
public ItimDaoImpl getItemDaoImpl() \{  
　　　throw new RuntimeException("注释");  
\}  
复制代码  
3、@Transactional 注解应该只被应用到 public 可见度的方法上。 如果你在 protected、private 或者 package-visible 的方法上使用 @Transactional 注解，它也不会报错， 但是这个被注解的方法将不会展示已配置的事务设置。  
　　4、@Transactional 注解可以被应用于接口定义和接口方法、类定义和类的 public 方法上。然而，请注意仅仅 @Transactional 注解的出现不足于开启事务行为，它仅仅 是一种元数据，能够被可以识别 @Transactional 注解和上述的配置适当的具有事务行为的beans所使用。上面的例子中，其实正是 元素的出现 开启 了事务行为。  
　　5、Spring团队的建议是你在具体的类（或类的方法）上使用 @Transactional 注解，而不要使用在类所要实现的任何接口上。你当然可以在接口上使用 @Transactional 注解，但是这将只能当你设置了基于接口的代理时它才生效。因为注解是不能继承的，这就意味着如果你正在使用基于类的代理时，那么事务的设置将不能被基于类的代理所识别，而且对象也将不会被事务代理所包装（将被确认为严重的）。因此，请接受Spring团队的建议并且在具体的类上使用 @Transactional 注解。c