MySQL事务

什么是事务

事务是逻辑上的一组操作，要么都执行，要么都不执行。

事务最经典也经常被拿出来说例子就是转账了。假如小明要给小红转账 1000 元，这个转账会涉及到两个关键操作，这两个操作必须都成功或者都失败。

  1. 将小明的余额减少 1000 元
  2. 将小红的余额增加 1000 元

事务会把这两个操作看成逻辑上的一个整体，这个整体包含的操作要么都成功，要么都要失败。这样就不会出现小明余额减少而小红的余额却并没有增加的情况。

数据库事务

大多数情况下，我们在谈论事务的时候，如果没有特指分布式事务，往往指的就是数据库事务。

数据库事务在我们日常开发中接触的最多了。如果你的项目属于单体架构的话，你接触到的往往就是数据库事务了。那数据库事务有什么作用呢？

简单来说，数据库事务可以保证多个对数据库的操作（也就是 SQL 语句）构成一个逻辑上的整体。构成这个逻辑上的整体的这些数据库操作遵循：要么全部执行成功,要么全部不执行 。

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事务的 ACID 特性

ACID，是指关系型数据库事务正确执行的四个基本要素的缩写。包含：

  • 原子性（Atomicity）
  • 一致性（Consistency）
  • 隔离性（Isolation）
  • 持久性（Durability）
原子性（Atomicity）

原子性是指事务是一个不可分割的工作单位，事务中的操作要么都发生，要么都不发生。

事务的原子性是事务最核心的特性。

一致性（Consistency）

一致性是指事务执行前后，数据保持一致。

比如小明给小红转账，转账前后小明和小红的余额的变化大小是相同的。

隔离性（Isolation）

隔离性是指多个用户并发访问数据库时，一个用户的事务不能被其他用户的事务所干扰，多个并发事务之间要相互隔离。

比如，一个用户正在操作数据库 A，其他用户不能操作数据库 A。

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，接下来即使数据库发生故障也不应该对其影响。

比如，一个事务对数据库中数据的改变已经写入磁盘，即使数据库发生故障，这个事务对数据库中数据的改变也不应该丢失。

🌈 这里要额外补充一点：只有保证了事务的持久性、原子性、隔离性之后，一致性才能得到保障。也就是说 A、I、D 是手段，C 是目的！

MySQL事务操作

mysql中事务默认是隐式事务，执行insert、update、delete操作的时候，数据库自动开启事务、提交或回滚事务。

是否开启隐式事务是由变量autocommit控制的。

隐式事务

事务自动开启、提交或回滚，比如insert、update、delete语句，事务的开启、提交或回滚由mysql内部自动控制的。

查看变量autocommit是否开启了自动提交

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mysql> show variables like 'autocommit';
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| autocommit   | ON   |
+---------------+-------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

显式事务

显式事务需要手动开启、提交或回滚，由开发者自己控制。

方式1

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# 设置不自动提交事务
set autocommit=0;
# 执行事务操作
SQL1,SQL2...
## 提交或回滚
commit|rollback;

方式2

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# 开启一个事务
START TRANSACTION;
# 执行事务操作
SQL1,SQL2...
## 提交或回滚
commit|rollback;

并发事务带来了哪些问题?

在典型的应用程序中，多个事务并发运行，经常会操作相同的数据来完成各自的任务（多个用户对同一数据进行操作）。并发虽然是必须的，但可能会导致很多问题。

脏读（Dirty read）

一个事务读取数据并且对数据进行了修改，这个修改对其他事务来说是可见的，即使当前事务没有提交。这时另外一个事务读取了这个还未提交的数据，但第一个事务突然回滚，导致数据并没有被提交到数据库，那第二个事务读取到的就是脏数据，这也就是脏读的由来。

丢失修改（Lost to modify）

在一个事务读取一个数据时，另外一个事务也访问了该数据，那么在第一个事务中修改了这个数据后，第二个事务也修改了这个数据。这样第一个事务内的修改结果就被丢失，因此称为丢失修改。

不可重复读（Unrepeatable read）

指在一个事务内多次读同一数据。在这个事务还没有结束时，另一个事务也访问该数据。那么，在第一个事务中的两次读数据之间，由于第二个事务的修改导致第一个事务两次读取的数据可能不太一样。这就发生了在一个事务内两次读到的数据是不一样的情况，因此称为不可重复读。

幻读（Phantom read）

幻读与不可重复读类似。它发生在一个事务（T1）读取了几行数据，接着另一个并发事务（T2）插入了一些数据时。在随后的查询中，第一个事务（T1）就会发现有它本来没有的数据，就好像发生了幻觉一样，所以称为幻读。

不可重复读和幻读有什么区别？

不可重复读侧重于修改，幻读侧重于新增或删除。

并发事务的控制方式有哪些？

MySQL 中并发事务的控制方式无非就两种：锁 和 MVCC。锁可以看作是悲观控制的模式，多版本并发控制（MVCC）可以看作是乐观控制的模式。

锁控制方式下会通过锁来显示控制共享资源而不是通过调度手段，MySQL中主要是通过读写锁来实现并发控制。

  • 共享锁（S 锁）：又称读锁，事务在读取记录的时候获取共享锁，允许多个事务同时获取（锁兼容）。
  • 排他锁（X 锁）：又称写锁/独占锁，事务在修改记录的时候获取排他锁，不允许多个事务同时获取。如果一个记录已经被加了排他锁，那其他事务不能再对这条记录加任何类型的锁（锁不兼容）。

读写锁可以做到读读并行，但是无法做到写读、写写并行。另外，根据根据锁粒度的不同，又被分为表级锁 和 行级锁。InnoDB(MySQL5.5版本后的默认存储引擎) 不光支持表级锁，还支持行级锁，默认为行级锁。

行级锁的粒度更小，仅对相关的记录上锁即可（对一行或者多行记录加锁），所以对于并发写入操作来说， InnoDB 的性能更高。不论是表级锁还是行级锁，都存在共享锁和排他锁。

MVCC 是多版本并发控制方法，即对一份数据会存储多个版本，通过事务的可见性来保证事务能看到自己应该看到的版本。通常会有一个全局的版本分配器来为每一行数据设置版本号，版本号是唯一的。

MVCC 在 MySQL 中实现所依赖的手段主要是: 隐藏字段、read view、undo log。

  • undo log : undo log 用于记录某行数据的多个版本的数据。
  • read view 和 隐藏字段 : 用来判断当前版本数据的可见性。

隔离级别

SQL 标准定义了四个隔离级别：

  • READ-UNCOMMITTED(读取未提交) ：最低的隔离级别，允许读取尚未提交的数据变更，可能会导致脏读、幻读或不可重复读。
  • READ-COMMITTED(读取已提交) ：允许读取并发事务已经提交的数据，可以阻止脏读，但是幻读或不可重复读仍有可能发生。
  • REPEATABLE-READ(可重复读) ：对同一字段的多次读取结果都是一致的，除非数据是被本身事务自己所修改，可以阻止脏读和不可重复读，但幻读仍有可能发生。
  • SERIALIZABLE(可串行化) ：最高的隔离级别，完全服从 ACID 的隔离级别。所有的事务依次逐个执行，这样事务之间就完全不可能产生干扰，也就是说，该级别可以防止脏读、不可重复读以及幻读。

MySQL InnoDB 存储引擎的默认支持的隔离级别是 REPEATABLE-READ（可重读）。我们可以通过SELECT @@tx_isolation;命令来查看，MySQL 8.0 该命令改为SELECT @@transaction_isolation;

从上面对 SQL 标准定义了四个隔离级别的介绍可以看出，标准的 SQL 隔离级别定义里，REPEATABLE-READ(可重复读)是不可以防止幻读的。

但是！InnoDB 实现的 REPEATABLE-READ 隔离级别其实是可以解决幻读问题发生的，主要有下面两种情况：

  • 快照读：由 MVCC 机制来保证不出现幻读。
  • 当前读：使用 Next-Key Lock 进行加锁来保证不出现幻读，Next-Key Lock 是行锁（Record Lock）和间隙锁（Gap Lock）的结合，行锁只能锁住已经存在的行，为了避免插入新行，需要依赖间隙锁。

因为隔离级别越低，事务请求的锁越少，所以大部分数据库系统的隔离级别都是 READ-COMMITTED ，但是你要知道的是 InnoDB 存储引擎默认使用 REPEATABLE-READ 并不会有任何性能损失。

InnoDB 存储引擎在分布式事务的情况下一般会用到 SERIALIZABLE 隔离级别。

接下来，举个具体的例子来说明这四种隔离级别，有一张账户余额表，里面有一条账户余额为 100 万的记录。然后有两个并发的事务，事务 A 只负责查询余额，事务 B 则会将我的余额改成 200 万，下面是按照时间顺序执行两个事务的行为：

avatar

在不同隔离级别下，事务 A 执行过程中查询到的余额可能会不同：

  • 「读未提交」:事务 B 修改余额后，虽然没有提交事务，但是此时的余额已经可以被事务 A 看见了，于是事务 A 中余额 V1 查询的值是 200 万，余额 V2、V3 自然也是 200 万了；

  • 「读已提交」:事务 B 修改余额后，因为没有提交事务，所以事务 A 中余额 V1 的值还是 100 万，等事务 B 提交完后，最新的余额数据才能被事务 A 看见，因此额 V2、V3 都是 200 万；

  • 「可重复读」:事务 A 只能看见启动事务时的数据，所以余额 V1、余额 V2 的值都是 100 万，当事务 A 提交事务后，就能看见最新的余额数据了，所以余额 V3 的值是 200 万；
  • 「串行化」:事务 B 在执行将余额 100 万修改为 200 万时，由于此前事务 A 执行了读操作，这样就发生了读写冲突，于是就会被锁住，直到事务 A 提交后，事务 B 才可以继续执行，所以从 A 的角度看，余额 V1、V2 的值是 100 万，余额 V3 的值是 200万。

这四种隔离级别具体是如何实现的呢？

对于「读未提交」隔离级别的事务来说，因为可以读到未提交事务修改的数据，所以直接读取最新的数据就好了；

对于「串行化」隔离级别的事务来说，通过加读写锁的方式来避免并行访问；

对于「读已提交」和「可重复读」隔离级别的事务来说，它们是通过 Read View 来实现的，它们的区别在于创建 Read View 的时机不同，大家可以把 Read View 理解成一个数据快照，就像相机拍照那样，定格某一时刻的风景。「读已提交」隔离级别是在每个语句执行前都会重新生成一个 Read View，而「可重复读」隔离级别是「启动事务时」生成一个 Read View，然后整个事务期间都在用这个 Read View。

注意，执行了 begin/start transaction 命令后，并不代表事务启动了。只有在执行这个命令后，执行了第一条 SQL 语句，才是事务真正启动的时机；

References

  • javaguide
  • 小林coding
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