事務隔離級別(圖文詳解)

SnailClimb發表於2019-04-10

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本文由 SnailClimb 和 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)

事務隔離級別(圖文詳解)
  1. 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；
  2. 一致性： 執行事務前後，資料保持一致；
  3. 隔離性： 併發訪問資料庫時，一個使用者的事物不被其他事物所干擾，各併發事務之間資料庫是獨立的；
  4. 永續性: 一個事務被提交之後。它對資料庫中資料的改變是持久的，即使資料庫發生故障也不應該對其有任何影響。

併發事務帶來的問題

在典型的應用程式中，多個事務併發執行，經常會操作相同的資料來完成各自的任務（多個使用者對統一資料進行操作）。併發雖然是必須的，但可能會導致一下的問題。

  • 髒讀（Dirty read）: 當一個事務正在訪問資料並且對資料進行了修改，而這種修改還沒有提交到資料庫中，這時另外一個事務也訪問了這個資料，然後使用了這個資料。因為這個資料是還沒有提交的資料，那麼另外一個事務讀到的這個資料是“髒資料”，依據“髒資料”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資料時，另外一個事務也訪問了該資料，那麼在第一個事務中修改了這個資料後，第二個事務也修改了這個資料。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讀取某表中的資料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資料。在這個事務還沒有結束時，另一個事務也訪問該資料。那麼，在第一個事務中的兩次讀資料之間，由於第二個事務的修改導致第一個事務兩次讀取的資料可能不太一樣。這就發生了在一個事務內兩次讀到的資料是不一樣的情況，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）讀取了幾行資料，接著另一個併發事務（T2）插入了一些資料時。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, 你讀取過的資料, 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資料變更，可能會導致髒讀、幻讀或不可重複讀
  • READ-COMMITTED(讀取已提交): 允許讀取併發事務已經提交的資料，可以阻止髒讀，但是幻讀或不可重複讀仍有可能發生
  • REPEATABLE-READ（可重讀）: 對同一欄位的多次讀取結果都是一致的，除非資料是被本身事務自己所修改，可以阻止髒讀和不可重複讀，但幻讀仍有可能發生。
  • SERIALIZABLE(可序列化): 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，該級別可以防止髒讀、不可重複讀以及幻讀。

MySQL InnoDB 儲存引擎的預設支援的隔離級別是 REPEATABLE-READ（可重讀）。我們可以通過SELECT @@tx_isolation;命令來檢視

mysql> SELECT @@tx_isolation;
+-----------------+
| @@tx_isolation  |
+-----------------+
| REPEATABLE-READ |
+-----------------+
複製程式碼

這裡需要注意的是：與 SQL 標準不同的地方在於InnoDB 儲存引擎在 **REPEATABLE-READ（可重讀）事務隔離級別下使用的是Next-Key Lock 鎖演算法，因此可以避免幻讀的產生，這與其他資料庫系統(如 SQL Server)是不同的。所以說InnoDB 儲存引擎的預設支援的隔離級別是 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(可序列化)**隔離級別。

因為隔離級別越低，事務請求的鎖越少，所以大部分資料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 儲存引擎預設使用 **REPEATABLE-READ（可重讀）**並不會有任何效能損失。

InnoDB 儲存引擎在 分散式事務 的情況下一般會用到**SERIALIZABLE(可序列化)**隔離級別。

實際情況演示

在下面我會使用 2 個命令列mysql ，模擬多執行緒（多事務）對同一份資料的髒讀問題。

MySQL 命令列的預設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定隔離級別。

SET [SESSION|GLOBAL] TRANSACTION ISOLATION LEVEL [READ UNCOMMITTED|READ COMMITTED|REPEATABLE READ|SERIALIZABLE]
複製程式碼

我們再來看一下我們在下面實際操作中使用到的一些併發控制語句:

  • START TARNSACTION |BEGIN:顯式地開啟一個事務。
  • COMMIT:提交事務，使得對資料庫做的所有修改成為永久性。
  • ROLLBACK 回滾會結束使用者的事務，並撤銷正在進行的所有未提交的修改。

髒讀(讀未提交)

事務隔離級別(圖文詳解)

避免髒讀(讀已提交)

事務隔離級別(圖文詳解)

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。

事務隔離級別(圖文詳解)

可重複讀

事務隔離級別(圖文詳解)

防止幻讀(可重複讀)

事務隔離級別(圖文詳解)

一個事務對資料庫進行操作，這種操作的範圍是資料庫的全部行，然後第二個事務也在對這個資料庫操作，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

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