MySQL事务ACID特性与隔离级别详解（含白话解释）

迷南。 2023-09-23 18:21 118阅读 0赞

# 事物的基本概念 #

**事务：** 一组逻辑操作单元，使数据从一种状态变换到另一种状态。

**事务处理的原则：** 保证所有事务都作为 一个工作单元 来执行，即使出现了故障，都不能改变这种执行方式。当在一个事务中执行多个操作时，要么所有的事务都被提交( commit )，那么这些修改就 永久 地保存下来；要么数据库管理系统将 放弃 所作的所有 修改 ，整个事务回滚( rollback )到最初状态。

# 事务的ACID特性 #

### 原子性（atomicity）： ###

原子性是指事务是一个不可分割的工作单位，要么全部提交，要么全部失败回滚。

### 一致性（consistency）： ###

根据定义，一致性是指事务执行前后，数据从一个 `合法性状态` 变换到另外一个 `合法性状态` 。这种状态是 语义上 的而不是语法上的，跟具体的业务有关。

那什么是合法的数据状态呢？**满足预定的约束** 的状态就叫做合法的状态。通俗一点，这状态是由你自己来定义的（比如满足现实世界中的约束）。满足这个状态，数据就是一致的，不满足这个状态，数据就是不一致的！如果事务中的某个操作失败了，系统就会自动撤销当前正在执行的事务，返回到事务操作之前的状态。

### 隔离性（isolation）： ###

事务的隔离性是指一个事务的执行**不能被其他事务干扰** ，即一个事务内部的操作及使用的数据对**并发**的其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。

如果无法保证隔离性会怎么样？假设A账户有200元，B账户0元。A账户往B账户转账两次，每次金额为50元，分别在两个事务中执行。如果无法保证隔离性，会出现下面的情形：

UPDATE accounts SET money = money - 50 WHERE NAME = 'AA';
    UPDATE accounts SET money = money + 50 WHERE NAME = 'BB';

![image-1670676547085][]

### 持久性（durability）： ###

持久性是指一个事务一旦被提交，它对数据库中数据的改变就是**永久性的** ，接下来的其他操作和数据库故障不应该对其有任何影响。

持久性是通过`事务日志`来保证的。日志包括了`重做日志`和`回滚日志` 。当我们通过事务对数据进行修改的时候，首先会将数据库的变化信息记录到重做日志中，然后再对数据库中对应的行进行修改。这样做的好处是，即使数据库系统崩溃，数据库重启后也能找到没有更新到数据库系统中的重做日志，重新执行，从而使事务具有持久性。

# 事务的状态 #

我们现在知道**事务**是一个抽象的概念，它其实对应着一个或多个数据库操作，MySQL根据这些操作所执行的不同阶段把 事务 大致划分成几个状态：

### 活动的（active） ###

事务对应的数据库操作正在执行过程中时，我们就说该事务处在**活动的**状态。

### 部分提交的（partially committed） ###

当事务中的最后一个操作执行完成，但由于操作都在内存中执行，所造成的影响 **并没有刷新到磁盘时**，我们就说该事务处在 **部分提交的** 状态。

### 失败的（failed） ###

当事务处在 **活动的** 或者 **部分提交的** 状态时，可能遇到了某些错误（数据库自身的错误、操作系统错误或者直接断电等）而无法继续执行，或者人为的停止当前事务的执行，我们就说该事务处在\*\* 失败的\*\* 状态。  
UPDATE accounts SET money = money - 50 WHERE NAME = ‘AA’;  
UPDATE accounts SET money = money + 50 WHERE NAME = ‘BB’;

### 中止的（aborted） ###

如果事务执行了一部分而变为 **失败的** 状态，那么就需要把已经修改的事务中的操作还原到事务执行前的状态。换句话说，就是要撤销失败事务对当前数据库造成的影响。我们把这个撤销的过程称之为 **回滚** 。当 **回滚** 操作执行完毕时，也就是数据库恢复到了执行事务之前的状态，我们就说该事务处在了 **中止的** 状态。

### 提交的（committed） ###

当一个处在 **部分提交的** 状态的事务将修改过的数据都 **同步到磁盘** 上之后，我们就可以说该事务处在了 **提交的** 状态。

### 一个基本的状态转换图如下所示： ###

![image-1670676859029][]

# 事务隔离级别 #

> MySQL是一个 **客户端／服务器** 架构的软件，对于同一个服务器来说，可以有若干个客户端与之连接，每个客户端与服务器连接上之后，就可以称为一个会话（ **Session** ）。每个客户端都可以在自己的会话中向服务器发出请求语句，一个请求语句可能是某个事务的一部分，也就是对于服务器来说可能同时处理多个事务。事务有 **隔离性** 的特性，理论上在某个事务 **对某个数据进行访问** 时，其他事务应该进行 排队 ，当该事务提交之后，其他事务才可以继续访问这个数据。但是这样对 **性能影响太大** ，我们既想保持事务的隔离性，又想让服务器在处理访问同一数据的多个事务时 **性能尽量高些** ，那就看二者如何权衡取舍了。

## 数据并发问题 ##

针对事务的隔离性和并发性，我们怎么做取舍呢？先看一下访问相同数据的事务在 不保证串行执行 （也就是执行完一个再执行另一个）的情况下可能会出现哪些问题：

#### 下文对照数据 ####

mysql> select * from student;
    +-----------+--------+-------+
    | studentno | name | class |
    +-----------+--------+-------+
    | 1 | 小谷 | 1班 |
    +-----------+--------+-------+
    1 row in set (0.00 sec)

### 脏写（ Dirty Write ） ###

对于两个事务 Session A、Session B，如果事务Session A 修改了 另一个 **未提交** 事务Session B **修改过** 的数据，那就意味着发生了 脏写。

> **白话：** **操作了一个会被回滚的数据**

### 脏读（ Dirty Read ） ###

对于两个事务 Session A、Session B，Session A **读取** 了已经被 Session B **更新** 但还 **没有被提交** 的字段。之后若 Session B **回滚** ，Session A 读取 的内容就是 **临时且无效** 的。Session A和Session B各开启了一个事务，Session B中的事务先将studentno列为1的记录的name列更新为’张三’，然后Session A中的事务再去查询这条studentno为1的记录，如果读到列name的值为’张三’，**而Session B中的事务稍后进行了回滚，那么Session A中的事务相当于读到了一个不存在的数据，这种现象就称之为 脏读** 。

> **白话：** **读到了一个会被回滚的数据**

### 不可重复读（ Non-Repeatable Read ） ###

对于两个事务Session A、Session B，Session A **读取** 了一个字段，然后 Session B **更新** 了该字段。 之后Session A **再次读取同一个字段**， 值就**不同** 了。那就意味着发生了不可重复读。  
我们在Session B中提交了几个 隐式事务 （注意是隐式事务，意味着语句结束事务就提交了），这些事务都修改了studentno列为1的记录的列name的值，每次事务提交之后，如果Session A中的事务都可以查看到最新的值，这种现象也被称之为 不可重复读 。

> **白话：** **无法做到在一个事务中每一次读取的数据都一样，即不可重复读，也就是不可以重复读的意思**

### 幻读（ Phantom ） ###

对于两个事务Session A、Session B, Session A 从一个表中 **读取** 了一个字段, 然后 Session B 在该表中 **插入** 了一些新的行。 之后, 如果 Session A **再次读取同一个表, 就会多出几行。那就意味着发生了幻读** 。

Session A中的事务先根据条件 studentno > 0这个条件查询表student，得到了name列值为’张三’的记录；之后Session B中提交了一个 **隐式事务** ，该事务向表student中插入了一条新记录；之后Session A中的事务再根据相同的条件studentno > 0查询表student，得到的结果集中包含Session B中的事务新插入的那条记录，这种现象也被称之为 **幻读** 。我们把新插入的那些记录称之为 **幻影记录** 。

> **白话：** **意思就是在查询某个范围时，别的事物插入了一条新的数据被获取到了，这种现象就成为幻读，幻读也是大家都能接受的情况**

以上四种问题，从严重程度从高到低排序为：

脏写 > 脏读 > 不可重复读 > 幻读

# SQL中的四种隔离级别 #

我们愿意舍弃一部分隔离性来换取一部分性能在这里就体现在：设立一些隔离级别，隔离级别越低，并发问题发生的就越多。 **SQL标准** 中设立了4个 **隔离级别** ：

### READ UNCOMMITTED ：读未提交 ###

在该隔离级别，所有事务都可以看到其他未提交事务的执行结果。不能避免脏读、不可重复读、幻读。

### READ COMMITTED ：读已提交 ###

它满足了隔离的简单定义：一个事务只能看见已经提交事务所做的改变。这**是大多数数据库系统（比如oracle）的默认隔离级别（但不是MySQL默认的）**。可以避免脏读，但不可重复读、幻读问题仍然存在。

### REPEATABLE READ ：可重复读 ###

事务A在读到一条数据之后，此时事务B对该数据进行了修改并提交，那么事务A再读该数据，读到的还是原来的内容。可以避免脏读、不可重复读，但幻读问题仍然存在。**这是MySQL的默认隔离级别**。

### SERIALIZABLE ：串行化 ###

确保事务可以从一个表中读取相同的行。在这个事务持续期间，禁止其他事务对该表执行插入、更新和删除操作(**加锁**)。所有的并发问题都可以避免，但**性能十分低下**。能避免脏读、不可重复读和幻读。

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