一文帶你輕鬆搞懂事務隔離級別(圖文詳解)

2019 年 10 月 7 日
筆記

本文由 SnailClimb 和讀者 BugSpeak 共同完成。

事務隔離級別(圖文詳解)

什麼是事務?

事務是邏輯上的一組操作，要麼都執行，要麼都不執行。

事務最經典也經常被拿出來說例子就是轉賬了。假如小明要給小紅轉賬1000元，這個轉賬會涉及到兩個關鍵操作就是：將小明的餘額減少1000元，將小紅的餘額增加1000元。萬一在這兩個操作之間突然出現錯誤比如銀行系統崩潰，導致小明餘額減少而小紅的餘額沒有增加，這樣就不對了。事務就是保證這兩個關鍵操作要麼都成功，要麼都要失敗。

事物的特性(ACID)

•原子性： 事務是最小的執行單位，不允許分割。事務的原子性確保動作要麼全部完成，要麼完全不起作用；•一致性： 執行事務前後，數據保持一致；•隔離性： 並發訪問數據庫時，一個用戶的事物不被其他事物所干擾，各並發事務之間數據庫是獨立的；•持久性: 一個事務被提交之後。它對數據庫中數據的改變是持久的，即使數據庫發生故障也不應該對其有任何影響。

並發事務帶來的問題

在典型的應用程序中，多個事務並發運行，經常會操作相同的數據來完成各自的任務（多個用戶對統一數據進行操作）。並發雖然是必須的，但可能會導致以下的問題。

•臟讀（Dirty read）: 當一個事務正在訪問數據並且對數據進行了修改，而這種修改還沒有提交到數據庫中，這時另外一個事務也訪問了這個數據，然後使用了這個數據。因為這個數據是還沒有提交的數據，那麼另外一個事務讀到的這個數據是「臟數據」，依據「臟數據」所做的操作可能是不正確的。•丟失修改（Lost to modify）: 指在一個事務讀取一個數據時，另外一個事務也訪問了該數據，那麼在第一個事務中修改了這個數據後，第二個事務也修改了這個數據。這樣第一個事務內的修改結果就被丟失，因此稱為丟失修改。例如：事務1讀取某表中的數據A=20，事務2也讀取A=20，事務1修改A=A-1，事務2也修改A=A-1，最終結果A=19，事務1的修改被丟失。•不可重複讀（Unrepeatableread）: 指在一個事務內多次讀同一數據。在這個事務還沒有結束時，另一個事務也訪問該數據。那麼，在第一個事務中的兩次讀數據之間，由於第二個事務的修改導致第一個事務兩次讀取的數據可能不太一樣。這就發生了在一個事務內兩次讀到的數據是不一樣的情況，因此稱為不可重複讀。•幻讀（Phantom read）: 幻讀與不可重複讀類似。它發生在一個事務（T1）讀取了幾行數據，接着另一個並發事務（T2）插入了一些數據時。在隨後的查詢中，第一個事務（T1）就會發現多了一些原本不存在的記錄，就好像發生了幻覺一樣，所以稱為幻讀。

不可重複度和幻讀區別：

不可重複讀的重點是修改，幻讀的重點在於新增或者刪除。

例1（同樣的條件, 你讀取過的數據, 再次讀取出來發現值不一樣了）：事務1中的A先生讀取自己的工資為 1000的操作還沒完成，事務2中的B先生就修改了A的工資為2000，導致A再讀自己的工資時工資變為 2000；這就是不可重複讀。

例2（同樣的條件, 第1次和第2次讀出來的記錄數不一樣）：假某工資單表中工資大於3000的有4人，事務1讀取了所有工資大於3000的人，共查到4條記錄，這時事務2 又插入了一條工資大於3000的記錄，事務1再次讀取時查到的記錄就變為了5條，這樣就導致了幻讀。

事務隔離級別

SQL 標準定義了四個隔離級別：

•READ-UNCOMMITTED(讀取未提交)： 最低的隔離級別，允許讀取尚未提交的數據變更，可能會導致臟讀、幻讀或不可重複讀•READ-COMMITTED(讀取已提交): 允許讀取並發事務已經提交的數據，可以阻止臟讀，但是幻讀或不可重複讀仍有可能發生•REPEATABLE-READ（可重讀）: 對同一字段的多次讀取結果都是一致的，除非數據是被本身事務自己所修改，可以阻止臟讀和不可重複讀，但幻讀仍有可能發生。•SERIALIZABLE(可串行化): 最高的隔離級別，完全服從ACID的隔離級別。所有的事務依次逐個執行，這樣事務之間就完全不可能產生干擾，也就是說，該級別可以防止臟讀、不可重複讀以及幻讀。

MySQL InnoDB 存儲引擎的默認支持的隔離級別是 REPEATABLE-READ（可重讀）。我們可以通過SELECT @@tx_isolation;命令來查看

mysql> SELECT @@tx_isolation;  +-----------------+  | @@tx_isolation  |  +-----------------+  | REPEATABLE-READ |  +-----------------+

這裡需要注意的是：與 SQL 標準不同的地方在於InnoDB 存儲引擎在 REPEATABLE-READ（可重讀）事務隔離級別下使用的是Next-Key Lock 鎖算法，因此可以避免幻讀的產生，這與其他數據庫系統(如 SQL Server)是不同的。所以說InnoDB 存儲引擎的默認支持的隔離級別是 REPEATABLE-READ（可重讀） 已經可以完全保證事務的隔離性要求，即達到了 SQL標準的SERIALIZABLE(可串行化)隔離級別。

因為隔離級別越低，事務請求的鎖越少，所以大部分數據庫系統的隔離級別都是READ-COMMITTED(讀取提交內容):，但是你要知道的是InnoDB 存儲引擎默認使用 REPEATABLE-READ（可重讀）並不會有任何性能損失。

InnoDB 存儲引擎在 分佈式事務 的情況下一般會用到SERIALIZABLE(可串行化)隔離級別。

實際情況演示

MySQL 命令行的默認配置中事務都是自動提交的，即執行SQL語句後就會馬上執行 COMMIT 操作。如果要顯式地開啟一個事務需要使用命令：START TARNSACTION。

我們可以通過下面的命令來設置隔離級別。

SET [SESSION|GLOBAL] TRANSACTION ISOLATION LEVEL [READ UNCOMMITTED|READ COMMITTED|REPEATABLE READ|SERIALIZABLE]

我們再來看一下我們在下面實際操作中使用到的一些並發控制語句:

•START TARNSACTION |BEGIN:顯式地開啟一個事務。•COMMIT:提交事務，使得對數據庫做的所有修改成為永久性。•ROLLBACK 回滾會結束用戶的事務，並撤銷正在進行的所有未提交的修改。

在下面我會使用 2 個命令行 MySQL ，模擬多線程（多事務）。

臟讀(讀未提交)

避免臟讀(讀已提交)

不可重複讀

還是剛才上面的讀已提交的圖，雖然避免了讀未提交，但是卻出現了，一個事務還沒有結束，就發生了不可重複讀問題。

可重複讀

防止幻讀(可重複讀)

一個事務對數據庫進行操作，這種操作的範圍是數據庫的全部行，然後第二個事務也在對這個數據庫操作，這種操作可以是插入一行記錄或刪除一行記錄，那麼第一個是事務就會覺得自己出現了幻覺，怎麼還有沒有處理的記錄呢? 或者怎麼多處理了一行記錄呢?

幻讀和不可重複讀有些相似之處，但是不可重複讀的重點是修改，幻讀的重點在於新增或者刪除。

參考

•《MySQL技術內幕：InnoDB存儲引擎》•https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/[1]