MySQL事务 | 隔离级别 | 数据一致性

文章目录

- 简介
- 一、事务并发问题
- - 1. 脏读（Dirty Read）
  - 2. 不可重复读（Non-repeatable Read）
  - 3. 幻读（Phantom Read）
  - 幻读和不可重复读的区别
- 二、事务隔离级别
- - 1. 回顾事务
  - 2. 事务级别
  - 3. 特点和优缺点
- 三、事务隔离级别原理
- - 1. 读-未提交原理：
  - 2. 读-已提交原理：
  - 3. 可重复读原理：
  - 4. 串行化原理：
  - MVCC（多版本并发控制）
- 总结

简介

MySQL中的锁定机制对于数据库操作至关重要。事务隔离级别的选择和并发问题的解决是为了保证数据的一致性

一、事务并发问题

MySQL事务并发问题主要包括脏读、不可重复读和幻读。这些问题可能会导致数据的不一致性，因此在设计和实现数据库应用时需要注意并发控制。

1. 脏读（Dirty Read）

定义：一个事务读取了另一个未提交事务的数据。
场景：事务A读取了事务B尚未提交的数据，而事务B最终可能会回滚，导致事务A读取到了无效的数据。

2. 不可重复读（Non-repeatable Read）

定义：在同一个事务内，多次读取同一数据，但得到的结果不一致。
场景：事务A在读取某个数据后，事务B修改了该数据并提交，事务A又读了刚才读过的数据（事务A没提交），发现两次读取的结果不一致。

3. 幻读（Phantom Read）

定义：在同一个事务内，多次执行相同的查询，但得到的结果集不一致。
场景：事务A在执行某个查询时，事务B插入了符合查询条件的新数据并提交，导致事务A多次执行相同查询时结果集不一致。

幻读和不可重复读的区别

幻读主要发生在范围查询中，由于其他事务插入了新的记录，导致第二次查询返回了不同的结果集。
不可重复读主要发生在单行查询中，由于其他事务修改了该记录，导致多次读取的结果不一致。

二、事务隔离级别

1. 回顾事务

先说什么是Mysql事务：

事务是由一个或多个SQL语句组成的逻辑单元。
事务可以包含对数据库的读取、插入、更新和删除等操作。
这些SQL语句按照一定的顺序执行，并作为一个整体来处理。
事务具有ACID的特性。

事务的目的是将一组相关的数据库操作视为一个不可分割的单元，要么全部执行成功，要么全部回滚。这样可以确保数据库的一致性和完整性，并提供并发控制和故障恢复机制。

为了解决并发问题，MySQL提供了不同的事务隔离级别。

在这里插入图片描述

2. 事务级别

MySQL提供了四个隔离级别，分别是：

读未提交（Read Uncommitted）
读已提交（Read Committed）
可重复读（Repeatable Read）
串行化（Serializable）

3. 特点和优缺点

下面是事务的四种隔离级别的优点、缺点，解决的问题以及适用的使用场景

读未提交
- 优点：并发性最高，读取不会被阻塞。
- 缺点：存在脏读（Dirty Read）问题，读取到未提交的数据；不保证数据的一致性和完整性；可能出现幻读和不可重复读问题。
- 解决的问题：无。
- 使用场景：很少使用，通常不推荐在生产环境中使用，仅在特殊情况下使用。
读已提交
- 优点：读取已提交的数据，避免了脏读问题；适用于大多数事务性应用程序的默认隔离级别。
- 缺点：可能出现不可重复读和幻读问题；读取操作可能会被阻塞等待写入操作完成。
- 解决的问题：解决脏读问题。
- 使用场景：适用于大多数事务性应用程序，对数据一致性要求较高，但可以容忍不可重复读和幻读的场景。
可重复读（默认）
- 优点：保证同一事务中多次读取同一数据的一致性；避免了不可重复读问题；默认的InnoDB存储引擎隔离级别。
- 缺点：可能出现幻读问题；写入操作可能会被阻塞等待读取操作完成。
- 解决的问题：解决不可重复读问题。
- 使用场景：适用于对数据一致性要求较高，且不允许出现不可重复读的场景。

串行化
- 优点：提供最高的数据一致性和完整性；保证了事务的串行执行，避免了幻读和不可重复读问题。
- 缺点：并发性最低，读写操作都可能会被阻塞等待其他事务完成；可能导致性能下降。
- 解决的问题：解决幻读和不可重复读问题。
- 使用场景：适用于对数据一致性要求极高，且要求避免幻读和不可重复读的场景，例如财务系统等。

三、事务隔离级别原理

在MySQL中，每个事务都有自己的隔离视图，用于确定事务可以看到哪些数据。隔离级别决定了事务在读取数据时能否看到其他事务的未提交数据、已提交数据的哪个版本，以及是否可以并发地修改同一数据。

MySQL使用锁定来实现隔离级别。当一个事务读取或修改某个数据时，会对该数据进行相应的锁定，以防止其他事务对其进行干扰。不同的隔离级别使用不同类型的锁定来实现不同的并发控制策略。

下面是MySQL各个隔离级别的实现原理：

1. 读-未提交原理：

事务可以读取其他事务未提交的数据。这个级别的实现方式是没有使用任何锁定，因此可能会出现脏读（读取到未提交的数据）的问题。

2. 读-已提交原理：

让事务只能读取已提交的数据，采用的是以下方式解决脏读问题：

事务隔离性：
确保一个事务只能读取到已经提交的数据，而不能读取到未提交的数据。这意味着如果一个事务正在进行修改并尚未提交，其他事务将无法读取到这些未提交的修改。
数据快照：
在已提交读中，数据库引擎会创建一个数据快照，即在事务开始时记录数据库的一个快照，并在事务执行期间使用该快照来处理读操作。这样，即使其他事务对数据进行了修改，已提交读的事务也只会读取到它开始时的快照数据，而不会读取到其他事务未提交的修改。
加读取锁：
会自动使用读取锁（Shared Lock）来保护正在读取的数据，以防止其他事务对该数据进行修改。当一个事务正在读取某个数据时，其他事务无法对该数据进行写操作，只能读，必须等锁释放后修改。

3. 可重复读原理：

在已提交读的基础上进一步防止了脏读和不可重复读。除了已提交读的机制外，可重复读还引入了以下几个措施来解决这些并发问题：

加读取锁：
与已提交读类似，可重复读事务在读取数据时会获取读取锁，防止其他事务对该数据进行修改。其他事务仍可以读取该数据，但无法对其进行写操作。这样可以确保在可重复读事务执行期间，其他事务不会对已读取的数据做任何修改。
加写入锁：
可重复读事务在修改数据时，会获取写入锁，防止其他事务读取或修改该数据。写入锁排斥其他事务的读锁和写锁，确保修改操作的原子性。其他事务必须等待写入锁释放后才能继续对该数据进行操作。
快照读：
可重复读事务在读取数据时，不仅使用数据快照来处理读操作，还会保持整个事务期间使用相同的快照。这意味着在可重复读事务中，无论其他事务如何修改数据，可重复读事务始终读取到的是它开始时的一致数据视图。这样可以防止脏读和不可重复读的问题。

4. 串行化原理：

串行化是数据库中最高级别的事务隔离级别，它提供了最强的隔离性，并且可以防止脏读、不可重复读和幻读。串行化级别采用了以下措施来解决这些并发问题：

加写入锁：
在串行化级别下，事务在读取和修改数据时会获取写入锁，这会阻止其他事务对相同数据进行读取或修改操作。其他事务必须等待写入锁释放后才能继续对该数据进行操作。写入锁保证了事务的原子性和一致性。
事务串行执行：
串行化级别要求事务按照串行的方式依次执行，即每个事务必须在前一个事务完成之后才能开始执行。这样可以避免并发执行导致的并发问题，确保事务之间没有交叉的读写操作。

MVCC（多版本并发控制）

另外，MySQL还使用了多版本并发控制（MVCC）来提高并发性能。

MVCC通过为每个事务创建一个可见性视图来实现事务的隔离性，从而在一定程度上提高了并发性能。

版本控制：
MVCC机制通过在数据库中保存数据的多个版本来处理并发操作。每个事务在开始时都会创建一个可见性视图，该视图定义了事务开始时可见的数据版本。这意味着在事务执行期间，它只能看到在其开始之前已经提交的数据版本。
读操作：
对于读操作，MVCC允许事务读取已经提交的数据版本，而不会被其他事务的并发写操作所干扰。当一个事务开始时，它会记录事务开始时的系统版本号（或称为事务ID）。在事务执行期间，它只会看到早于该版本号的已提交数据版本，这样可以防止脏读和不可重复读的问题。
写操作：
对于写操作，MVCC采用了Copy-On-Write（写时复制）策略。当事务要进行写操作时，它会复制要修改的数据，并为该事务创建一个新的数据版本。这样，其他事务仍然可以读取旧的数据版本，而不会受到正在进行的写操作的影响。只有在事务提交时，新版本的数据才会变为其他事务可见的数据。
版本清理：
为了控制数据版本的数量，MySQL定期进行版本清理。当一个事务提交后，旧的数据版本将不再需要，并且可以被清理回收。版本清理可以通过不同的策略进行，例如基于事务ID的可回收版本链、基于时间戳的版本清理等。这样可以保持数据版本的数量在一个可控的范围内，避免无限增长。

MVCC机制使得事务可以同时进行读写操作而不会相互干扰。这提高了并发性能，但并不能解决幻读问题，对于需要更严格的隔离性要求的场景，可以使用串行化隔离级别来避免这些问题。