事务隔离级别是如何实现的

数据库系统提供了以下 4 种事务隔离级别

读未提交：解决了回滚覆盖类型的更新丢失，但可能发生脏读现象(一个事务读取到了另一个事务修改但未提交的数据)，也就是可能读取到其他会话中未提交事务修改的数据。
已提交读：只能读取到其他会话中已经提交的数据，解决了脏读。但可能发生不可重复读现象(一个事务中多次读取同一行记录不一致，后面读取的跟前面读取的不一致)，也就是可能在一个事务中两次查询结果不一致。
可重复度：解决了不可重复读，它确保同一事务的多个实例在并发读取数据时，会看到同样的数据行。不过理论上会出现幻读(一个事务中多次按相同条件查询，结果不一致。后续查询的结果和面前查询结果不同，多了或少了几行记录)，简单的说幻读指的的当用户读取某一范围的数据行时，另一个事务又在该范围插入了新行，当用户在读取该范围的数据时会发现有新的幻影行。
可串行化：所有的增删改查串行执行。它通过强制事务排序，解决相互冲突，从而解决幻度的问题。这个级别可能导致大量的超时现象的和锁竞争，效率低下

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1.读未提交是如何实现的？

读未提交（Read Uncommitted）是最低的隔离级别，它的实现相对简单，主要通过以下两个机制来实现：

无锁读取： 在读未提交隔离级别下，读操作可以读取其他事务未提交的数据。这意味着在一个事务中，可以读取到其他事务已经修改但尚未提交的数据。数据库引擎不会对读操作加锁或进行并发冲突的检测，因此读操作可以直接读取未提交的数据。
快照读取： 为了保证事务的一致性，数据库引擎会在读未提交隔离级别下使用快照读取。快照读取是在事务开始时创建的一个数据快照，用于保持读操作的一致性。快照读取时，会根据事务开始时的快照获取数据的版本。这样可以避免读取到在事务执行期间被其他事务修改的数据。

需要注意的是，读未提交隔离级别下存在脏读（Dirty Read）的问题，即读取到其他事务修改但未提交的数据。这可能导致不一致的查询结果，因为读取到的数据可能在之后被回滚或修改。因此，在读未提交隔离级别下，事务之间的数据依赖关系和一致性无法得到保证。

由于读未提交隔离级别的问题，它很少在生产环境中使用，更常见的是使用较高的隔离级别，如可重复读（Repeatable Read）或串行化（Serializable），以确保数据的一致性和事务的隔离性。

2.已提交读是如何实现的?

已提交读（Read Committed）是一种隔离级别，它在数据库中的实现主要依赖以下两个机制：

行级锁： 在已提交读隔离级别下，数据库引擎使用行级锁来处理并发读写操作。行级锁允许多个事务同时读取同一表中的不同行，但当一个事务修改某一行时，它会获取写锁，阻塞其他事务对该行的写操作，从而保证数据的一致性。
快照读取： 为了保证读操作的一致性，数据库引擎会使用快照读取。当一个事务开始时，它会创建一个一致性视图或快照，用于确定事务开始时数据库的快照状态。事务在读取数据时，会根据一致性视图获取对应的数据版本，避免读取到其他事务未提交的数据。

具体实现时，已提交读隔离级别下的事务使用一致性读取（Consistent Read）或当前读取（Current Read）。在一致性读取中，事务读取数据时会根据一致性视图获取数据的版本。这样可以确保读取的数据版本与事务开始时的一致性视图一致，避免脏读和不可重复读。而在当前读取中，事务读取数据时会直接获取最新的数据版本，而不考虑其他事务的并发操作。

需要注意的是，已提交读隔离级别仍然存在幻读（Phantom Read）的问题。幻读指的是在同一事务中，对于相同的查询条件，不同的查询结果可能会发生变化。这是因为在事务执行期间，其他事务可能插入或删除了满足查询条件的数据。为了解决幻读问题，可以使用更高的隔离级别，如可重复读或串行化，或者采用锁机制或多版本并发控制（MVCC）等技术来处理。

总的来说，已提交读隔离级别通过行级锁和快照读取机制来实现事务的隔离性和一致性。它允许事务读取其他已提交事务的数据，并通过锁机制和快照读取来保证读操作的一致性。

3.可重复读是如何实现的？

可重复读（Repeatable Read）是数据库中的一种隔离级别，它的实现主要通过以下几个机制：

一致性读取： 在可重复读隔离级别下，事务在开始时创建一个一致性视图（Consistent View），用于确定事务开始时数据库的快照。事务在整个执行过程中，都会使用这个一致性视图来读取数据。一致性读取保证了事务读取的数据与事务开始时的一致性视图一致，即使其他事务对数据进行了修改或提交。
行级锁： 为了处理并发冲突，可重复读隔离级别使用行级锁来锁定事务涉及的数据行。当一个事务对某一行进行写操作时，会获取对应数据行的写锁，这会阻塞其他事务对同一行的写操作。这样可以保证在事务执行期间，其他事务不能修改被当前事务读取的数据。
快照读取： 可重复读隔离级别下的事务使用快照读取来保证读操作的一致性。快照读取是指事务读取数据时，根据一致性视图获取对应的数据版本。事务在读取数据时，会读取与其一致性视图相符的数据版本，即使其他事务修改了数据，事务读取的数据版本也不会发生变化。
可重复读锁定： 在可重复读隔离级别下，事务会对读取的数据行进行锁定，以防止其他事务对这些行进行更新。这种锁定可以确保在整个事务执行期间，被锁定的数据行不会被其他事务修改。

通过以上机制，可重复读隔离级别可以提供一致性的读操作和隔离性。事务读取数据时，使用一致性视图获取数据版本，避免了脏读和不可重复读的问题。行级锁和快照读取机制确保了事务读取的数据在整个事务执行期间保持一致。这使得多次读取同一数据时，读取结果是相同的。

需要注意的是，可重复读隔离级别仍然可能出现幻读（Phantom Read）的问题。幻读是指在同一事务中，对于相同的查询条件，不同的查询结果可能会发生变化。为了解决幻读问题，可重复读隔离级别可能使用额外的锁或MVCC来处理。这样可以在事务执行期间锁定满足查询条件的数据行，或使用快照读取来保证查询的一致性。

总结起来，可重复读隔离级别通过一致性视图、行级锁和快照读取来实现事务的隔离性和一致性。它允许事务读取其他已提交事务的数据，并通过锁机制和快照读取来保证读操作的一致性。

4.可串行化是如何实现的？

可串行化（Serializable）是数据库中最高的隔离级别，它的实现主要通过以下两种方法之一：

锁机制： 可串行化隔离级别可以使用锁机制来实现。当一个事务对数据进行读或写操作时，会获取相应的锁，阻塞其他事务对同一数据的并发读写。这样可以确保事务之间的串行执行，避免并发冲突和数据不一致的问题。常见的锁包括行级锁、表级锁、页级锁等，具体实现方式会根据数据库系统而有所不同。
多版本并发控制（MVCC）： 可串行化隔离级别也可以使用多版本并发控制（MVCC）来实现。MVCC允许事务在读取数据时，不会受到其他事务并发修改的影响。每个事务在开始时创建一个一致性视图，用于确定事务开始时数据库的快照。当其他事务对数据进行修改时，MVCC会创建新的数据版本，并将新版本与旧版本进行关联。这样，事务在读取数据时可以根据自己的一致性视图获取相应的数据版本，从而实现读操作的一致性和隔离性。

无论是使用锁机制还是MVCC，可串行化隔离级别都通过阻塞并发事务或使用数据版本来实现事务的串行执行。这样可以避免并发冲突、脏读、不可重复读和幻读等问题。然而，由于可串行化隔离级别严格限制了并发性，因此在高并发环境下，可能会影响数据库的性能和吞吐量。

需要注意的是，可串行化隔离级别可能导致死锁的情况发生。当多个事务相互等待对方持有的锁时，可能会导致死锁的发生，从而导致事务无法继续执行。数据库系统通常会使用死锁检测和死锁解决机制来处理这种情况，如超时机制、死锁检测算法和死锁回滚等。

总结起来，可串行化隔离级别通过锁机制或MVCC来实现事务的隔离性和一致性。它确保事务的串行执行，避免并发冲突和数据不一致，但同时也会带来较高的开销和性能影响。在选择隔离级别时，需要综合考虑应用的并发性和一致性要求，并根据具体场景选择适当的隔离级别。

5.可串行化和可重复读的区别

可串行化和可重复读是数据库中的两种隔离级别，它们之间有以下区别：

隔离级别的严格性： 可串行化是最高的隔离级别，确保事务的串行执行，事务之间完全隔离。而可重复读是较低的隔离级别，在事务执行期间可以读取其他事务已提交的数据，但保证了在同一事务中多次读取同一数据时的一致性。
并发冲突处理方式： 可串行化隔离级别使用锁机制或多版本并发控制（MVCC）来处理并发冲突。它会阻塞其他事务对同一数据的并发读写操作，从而保证事务的串行执行。而可重复读隔离级别通过快照读取和行级锁来处理并发冲突，允许并发读取，但当一个事务修改数据时，会阻塞其他事务对该数据的写操作。
读取一致性的保证： 在可串行化隔离级别下，读操作获得的数据是事务开始时的一致性视图。这意味着在整个事务期间，读取的数据保持一致，不受其他事务修改的影响。而在可重复读隔离级别下，读操作也使用一致性视图，但允许其他事务对数据进行修改，只要这些修改在事务开始时之前提交即可。
幻读的处理： 幻读是指在同一事务中，对相同的查询条件进行多次查询，结果集可能会出现不一致的情况。在可串行化隔离级别下，通过锁或MVCC可以避免幻读的发生。而在可重复读隔离级别下，通过快照读取和行级锁可以防止幻读的发生。

查询，结果集可能会出现不一致的情况。在可串行化隔离级别下，通过锁或MVCC可以避免幻读的发生。而在可重复读隔离级别下，通过快照读取和行级锁可以防止幻读的发生。

总体来说，可串行化是最严格的隔离级别，保证了事务的串行执行和数据的完全隔离。它通过锁机制或MVCC来处理并发冲突，提供了最高的数据一致性和隔离性。可重复读是较低的隔离级别，允许并发读取，但通过快照读取和行级锁来提供读操作的一致性。在选择隔离级别时，需要根据具体的业务需求和并发访问模式来权衡一致性和性能的要求。