MySQL事务及隔离级别

桃扇骨 2024-03-22 21:08 103阅读 0赞

我们的数据库一般都会并发执行多个事务，多个事务可能会并发的对相同的一批数据进行增删改查操作，可能就会导致我们说的脏写、脏读、不可重复读、幻读这些问题。

这些问题的本质都是数据库的多事务并发问题，为了解决多事务并发问题，数据库设计了事务隔离机制、锁机制、MVCC多版本并发控制隔离机制，用一整套机制来解决多事务并发问题。

## 事务及其ACID属性 ##

事务是数据库管理系统中的一个重要概念，用于管理对数据库的访问和操作。它是一组被视为单个逻辑工作单元的数据库操作，这些操作要么全部成功执行，要么全部回滚（撤销），以保证数据的一致性和完整性。

ACID是事务的四个关键属性，它们分别是：

1.  原子性（Atomicity）：事务被视为一个不可分割的原子单元，要么全部执行成功，要么全部回滚。如果在事务执行过程中发生错误，所有的修改将被撤销，数据库回滚到事务开始之前的状态，保持数据的一致性。
2.  一致性（Consistency）：事务执行前后，数据库从一个合法的状态转换到另一个合法的状态，不会破坏数据库的完整性约束。换句话说，事务执行后，数据库应该满足所有定义的完整性规则。
3.  隔离性（Isolation）：事务的隔离性确保多个并发事务之间互相不干扰，即每个事务都感觉不到其他事务的存在。这样可以避免并发操作导致的数据不一致性问题，比如脏读、不可重复读和幻读等。
4.  持久性（Durability）：一旦事务提交，其所做的修改将永久保存在数据库中，即使在系统故障或崩溃后，数据也不会丢失。数据库保证事务的持久性，确保数据的安全性和可靠性。

ACID属性保证了事务的可靠性和稳定性，使得数据库能够处理复杂的并发操作和故障恢复，确保数据始终处于一致的状态。但是，ACID属性也会对数据库性能产生一定的影响，因此在实际应用中，需要根据业务需求和性能要求来权衡是否需要严格的ACID特性。

## MySQL并发事务的问题 ##

MySQL并发事务可能会引发以下问题：

1.  脏读（Dirty Read）：一个事务读取了另一个未提交事务的数据，如果另一个事务最终回滚，读取到的数据是无效的。
2.  不可重复读（Non-repeatable Read）：一个事务在多次读取同一数据时，得到了不同的结果，因为其他事务在读取之间修改了该数据。
3.  幻读（Phantom Read）：一个事务在读取了某个范围的数据后，另一个事务插入了新的数据行，导致第一个事务在相同条件下再次读取时，出现了新增的“幻影”行。
4.  死锁（Deadlock）：两个或多个事务相互等待对方释放锁，导致所有事务都无法继续执行。
5.  并发性能下降：并发事务可能会导致锁争用，从而降低数据库的并发性能，特别是在使用表级锁的情况下。

为了解决这些问题，可以采取以下措施：

1.  合理选择事务隔离级别：根据业务需求和数据一致性要求，选择合适的事务隔离级别，从而避免脏读、不可重复读和幻读等问题。
2.  使用行级锁：行级锁可以减少锁争用，提高并发性能，尽量避免使用表级锁。
3.  优化事务边界：将事务保持尽可能短，减少死锁的可能性，尽早释放锁资源。
4.  使用乐观锁或悲观锁：通过锁机制来避免丢失更新问题，确保多个事务之间的数据修改不会相互覆盖。
5.  控制并发度：根据硬件性能和应用需求，适当调整并发度，避免过多的并发事务导致性能下降。

## MySQL事务隔离级别 ##

MySQL支持四种事务隔离级别，分别是：

1.  读未提交（Read Uncommitted）：最低的隔离级别。一个事务可以读取另一个事务尚未提交的数据，可能会导致脏读、不可重复读和幻读问题。在这个级别下，没有锁机制的实现。
2.  读提交（Read Committed）：每个事务只能读取已经提交的数据，避免了脏读。但是仍可能发生不可重复读和幻读问题。该级别通过记录的当前读取时间戳（read timestamp）实现并发控制。在读取数据时，只能读取已提交的数据，未提交的数据将被忽略。MySQL使用写入锁（write lock）来防止其他事务同时修改同一个数据行。
3.  可重复读（Repeatable Read）：保证在一个事务中多次读取同一数据时，返回的结果是一致的，避免了脏读和不可重复读问题。但是仍可能发生幻读。该级别使用多版本并发控制（MVCC）来实现数据一致性和并发控制。MVCC通过在每个数据行中保留多个版本来支持并发读取和写入。读取操作会根据事务的开始时间戳（start timestamp）来选择合适的数据版本，而写入操作会为新的数据版本分配一个新的时间戳，并在事务提交后生效。
4.  串行化（Serializable）：该级别通过强制所有事务串行执行来实现最高级别的事务隔离。完全避免脏读、不可重复读和幻读。但是效率较低，因为可能会导致大量的锁冲突。MySQL使用了各种类型的锁（如行级锁、表级锁）来确保并发事务之间的互斥性，以避免冲突和数据不一致。

每种级别可能产生的问题举例说明：

假设有两个事务 A 和 B，一个表 `users` 存储用户信息。

1.  问题：脏读（Dirty Read）
    
     *  事务 A 在执行更新操作后，但未提交前，事务 B 读取了相同行的数据。
     *  事务 A：
        
            START TRANSACTION; UPDATE users SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
             -- 未提交事务
     *  事务 B：
        
            START TRANSACTION; SELECT balance FROM users WHERE id = 1; 
            -- 读取到未提交的数据 COMMIT;
2.  问题：不可重复读（Non-Repeatable Read）
    
     *  事务 A 在两次查询之间，事务 B 执行了更新操作，导致两次查询结果不一致。
     *  事务 A：
        
            START TRANSACTION;
            SELECT name FROM users WHERE id = 1; -- 查询结果1
            -- 此处有个时间间隔
            SELECT name FROM users WHERE id = 1; -- 查询结果2（可能不同）
            COMMIT;
     *  事务 B：
        
            START TRANSACTION;
            UPDATE users SET name = 'New Name' WHERE id = 1;
            COMMIT;
3.  问题：幻读（Phantom Read）
    
     *  事务 A 在两次查询之间，事务 B 插入了一条新的数据，导致两次查询结果行数不一致。
     *  事务 A：
        
            START TRANSACTION;
            SELECT * FROM users WHERE age >= 18; -- 查询结果1
            -- 此处有个时间间隔
            SELECT * FROM users WHERE age >= 18; -- 查询结果2（可能不同）
            COMMIT;
     *  事务 B：
        
            START TRANSACTION;
            INSERT INTO users (name, age) VALUES ('New User', 20);
            COMMIT;

这些问题中的每一个都可以通过调整事务隔离级别来解决。但随之而来的是，隔离级别的提升可能会导致并发性能下降，因此在选择隔离级别时需要综合考虑应用的需求和性能要求。

在MySQL中，可以通过设置会话的隔离级别来控制事务的隔离级别。可以使用以下语句来设置隔离级别：

1.  设置当前会话的隔离级别：
    
        SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL <isolation_level>;
2.  设置全局的隔离级别（影响所有新的连接）：
    
        SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVEL <isolation_level>;

默认情况下，MySQL的默认隔离级别是可重复读（Repeatable Read）。在此隔离级别下，当一个事务开始时，它会创建一个快照（snapshot）来获取数据，并在整个事务期间使用该快照。因此，即使其他事务对数据进行修改，本事务读取的数据仍然与事务开始时一致，避免了脏读和不可重复读。

对于大多数应用来说，可重复读是一个较好的默认隔离级别，因为它提供了较高的数据一致性和可预测性。但是，需要根据应用的具体需求和性能要求来选择合适的隔离级别。如果应用需要更高的并发性能，可以考虑使用读提交隔离级别，但需要注意处理可能的不可重复读情况。同时，如果数据一致性要求非常高，可以选择串行化隔离级别，但要注意性能可能会受到影响。

## MySQL 怎么实现事务隔离 ##

MySQL通过锁和多版本并发控制（MVCC，Multi-Version Concurrency Control）来实现事务隔离。这是一种处理并发事务的机制，确保在高并发环境下事务可以独立运行，互不干扰。

锁机制， MySQL使用两种主要类型的锁：共享锁（Shared Lock）和排他锁（Exclusive Lock）：

1.  共享锁（S锁）：也称为读锁，它允许多个事务同时持有锁，并允许这些事务读取数据，但不允许进行写操作。多个事务可以同时持有共享锁，因此可以实现并发读取。
2.  排他锁（X锁）：也称为写锁，它只允许一个事务持有锁，并且在事务持有排他锁期间其他事务无法持有任何锁（包括读锁和写锁）。排他锁用于对数据进行写操作，保证在一个事务修改数据时，其他事务不能同时修改相同的数据，从而保证数据的一致性。

MVCC的实现原理如下：

1.  版本号：MySQL中每行数据都包含一个版本号，用于标识该行数据的版本。每当有一个事务对数据进行修改时，MySQL会生成一个新的版本号，并将新版本与旧版本关联起来。
2.  快照读：在事务开始时，MySQL会为该事务创建一个快照（snapshot），用于获取数据。在事务执行期间，事务只会读取该快照中的数据，而不会读取其他事务已经提交的修改。
3.  读写冲突：在MVCC中，读操作不会阻塞写操作，写操作也不会阻塞读操作。当一个事务要修改某个数据行时，如果该行已经有其他未提交事务的修改（即有其他版本存在），则该事务会将数据复制到一个新的版本，并在新版本上进行修改，从而避免了读写冲突。
4.  事务提交：当一个事务提交时，MySQL会将该事务所做的修改写入数据库中，并将其它已提交事务的版本清理掉，只保留当前事务的版本。这样可以确保只有已提交事务的修改对后续的事务可见。

需要注意的是，MVCC并非绝对的隔离性，它只提供了一定程度的隔离性。在特定情况下，仍然可能发生一些并发问题，如幻读等。因此，在设计数据库的事务隔离策略时，仍需根据应用需求和性能要求做出权衡。