数据库

事务的ACID和隔离级别

Posted by JimWang on 2021-02-20

事务的ACID和隔离级别

什么是事务以及ACID

事务简单来说：一个Session中所进行的所有操作，要么同时成功，要么同时失败；作为单个逻辑工作单元执行的一系列操作，满足四大特性：

  • 原子性（Atomicity）：事务作为一个整体被执行 ，要么全部执行，要么全部不执行
  • 一致性（Consistency）：保证数据库状态从一个一致状态转变为另一个一致状态
  • 隔离性（Isolation）：多个事务并发执行时，一个事务的执行不应影响其他事务的执行
  • 持久性（Durability）：一个事务一旦提交，对数据库的修改应该永久保存

事务的并发问题

  • 丢失更新：一个事务的更新覆盖了另一个事务的更新；
  • 脏读：一个事务读取了另一个事务未提交的数据；
    • ==其实就是读到了别的事务回滚前的脏数据。比如事务B执行过程中修改了数据X，在未提交前，事务A读取了X，而事务B却回滚了，这样事务A就形成了脏读。==
  • 不可重复读：不可重复读的重点是修改，同样条件下两次读取结果不同，也就是说，被读取的数据可以被其它事务修改；
    • ==事务A首先读取了一条数据，然后执行逻辑的时候，事务B将这条数据改变了，然后事务A再次读取的时候，发现数据不匹配了，就是所谓的不可重复读了。==
    • ==也就是说，当前事务先进行了一次数据读取，然后再次读取到的数据是别的事务修改成功的数据，导致两次读取到的数据不匹配，也就照应了不可重复读的语义。==
  • 幻读：幻读的重点在于新增或者删除，同样条件下两次读出来的记录数不一样。
    • ==事务A首先根据条件索引得到N条数据，然后事务B改变了这N条数据之外的M条或者增添了M条符合事务A搜索条件的数据，导致事务A再次搜索发现有N+M条数据了，就产生了幻读。==

隔离级别

隔离级别决定了一个session中的事务可能对另一个session中的事务的影响。

  • 读未提交（READ UNCOMMITTED）：最低级别的隔离，通常又称为dirty read，它 ==允许一个事务读取另一个事务还没 commit 的数据，这样可能会提高性能==，但是会导致脏读问题；
  • 读已提交（READ COMMITTED）：在一个事务中只允许对其它事务已经 commit 的记录可见，该隔离级别不能避免不可重复读问题；
    • 一个事务执行的过程中，其他事务修改了数据，从而导致该事务多次读取数据不匹配。
  • 可重复读（REPEATABLE READ,MySQL默认的隔离级别）：==在一个事务开始后，其他事务对数据库的修改在本事务中不可见，直到本事务 commit 或 rollback。== 但是，其他事务的 insert/delete 操作对该事务是可见的，也就是说，该隔离级别并不能避免幻读问题。在一个事务中重复 select 的结果一样，除非本事务中 update 数据库。
    • ==可以解决不可重复读，事务过程中，其他事务对数据的修改不再可见。但是其他事务还能增删，所以还有幻读问题。==
  • 可串行化（SERIALIZABLE）：最高级别的隔离，只允许事务串行执行。
    • 事物a 执行读写操作时，会锁定检索的数据行范围（范围锁），这种锁会阻止其他事物在本范围内的一切操作，只有事物a执行完毕，提交事物后，才会释放范围锁，这样就避免了幻读。

MySQL的事务支持不是绑定在MySQL服务器本身，而是与存储引擎相关：

  • MyISAM：不支持事务，用于只读程序提高性能；
  • InnoDB：支持ACID事务、行级锁、并发；

解决方案

MVCC

mvcc对版本并发控制（Multi-Version Conncurrency Control）是mysql中基于乐观锁原理实现的隔离级别的方式。==用于实现读已提交和可重复读取隔离级别。==

InnoDB的MVCC，是 ==通过在每行记录后面保存两个隐藏的列来实现的。这两个列，一个保存了行的创建时间，一个保存行的过期时间（或删除时间），当然存储的并不是实际的时间值，而是系统版本号（system version number）.== 每开始一个新的事务，系统版本号都会自动递增，事务开始时刻的系统版本号会作为事务的版本号，用来和查询到的每行记录的版本号进行比较。下面看一下在repeatable Read 隔离级别下，MVCC具体是如何操作的。

  • SELECT
    • （1）InnoDB只查找版本遭遇当前事务版本的数据行（行的系统版本号小于或等于事务的系统版本号），这样可以确保事务读取的行，要么是在事务开始前已经存在的，要么是事务自身插入或者修改过的。
    • （2）行的删除版本要么未定义，要么大于当前事务版本号，这可以确保事务读取到的行，在事务开始之前没有被删除。
      只有符合上述两个条件的记录，才能作为查询结果。
  • INSERT
    • innoDB为新插入的每一行保存当前系统版本作为行版本号。
  • DELETE
    • innoDB为删除的每一行保存当前系统版本号作为行删除标识。
  • UPDATE
    • InnoDB为==插入一行新记录，保存当前系统版本号作为行版本号，同时保存当前系统版本号到原来的行作为行删除标识==

MVCC使用快照读和当前读解决可重复读

select 快照读
当执行select操作， ==innodb默认会执行快照读，会记录下这个select后的结果，之后select的时候就会返回这次快照的数据，即使其他事务提交了不会影响当前select的数据，这就实现了可重复读了。== 快照的生成当在第一次执行select的时候，也就是说假设当A开启了事务，然后没有执行任何操作，这个时候B insert了一条数据然后commit，这时候A执行select，满额返回的数据中心就会有B添加的那条数据，之后无论再有其他事务commit都没有关系，因为快照已经生成了，后面的select都是根据快照来的。

当前读
对于会对数据修改的操作（update,insert,delete）都是采用当前读的模式。在执行这几个操作时会读取最新的版本号记录，写操作后把版本号改为了当前事务的版本号，所以即使是被其他的事务提交的数据也可以查询到。==假设要update一条数据，但是在另一个事务中已经delete掉这条数据并且commit了，如果update就会产生冲突，所以在update的时候需要知道最新的数据，也正是因为这样才导致幻读。==

next-key锁解决幻读

InnoDB有三种行锁的算法：

1，Record Lock：单个行记录上的锁。

2，Gap Lock：间隙锁，锁定一个范围，但不包括记录本身。GAP锁的目的，是为了防止同一事务的两次当前读，出现幻读的情况。

3，Next-Key Lock：1+2，锁定一个范围，并且锁定记录本身。对于行的查询，都是采用该方法，主要目的是解决幻读的问题。

当我们用范围条件而不是相等条件索引数据，并请求共享或排他锁时，InnoDB会给符合条件的已有数据记录的索引项加锁；对于键值在条件范围内但并不存在的记录，叫做“间隙（GAP）”。

根据检索条件向下寻找最靠近检索条件的记录值A作为左区间，向上寻找最靠近检索条件的记录值B作为右区间

对于以上这个数据，

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
# session A
SELECT * FROM z WHERE b = 6 FOR UPDATE;

# session B
INSERT INTO z VALUES (2, 4);/*success*/
INSERT INTO z VALUES (2, 8);/*blocked*/
INSERT INTO z VALUES (4, 4);/*blocked*/
INSERT INTO z VALUES (4, 8);/*blocked*/
INSERT INTO z VALUES (8, 4);/*blocked*/
INSERT INTO z VALUES (8, 8);/*success*/
INSERT INTO z VALUES (0, 4);/*blocked*/
INSERT INTO z VALUES (-1, 4);/*success*/

索引 b 上的 next-key lock(间隙锁+行锁) 的范围是(b=4,id=3)到(b=6,id=5)这个左开右闭区间和(b=6,id=5)到(b=8,id=7)这个开区间。


索引会根据 b 和 id 的值进行排序，插入不同的值，锁的范围是不一样的；分别插入 (b=4,id=2) 和(b=4,id=4)以及其他数时，插入的位置如图所示：

因此，通过next-key锁锁住了范围内的间隙，就不会在出现幻读的现象了

部分转载自：https://www.yuque.com/fanzhengxu/tba6b8/dx0hvw#oWBVa




FRIENDS