Java面試題~MySQL實戰(zhàn)系列之4種事務隔離級別

作者： 修羅debug
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摘要:

對于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL，想必各位小伙伴并不陌生，恰逢金九銀十、跳槽漲薪之際，Debug特意給諸位小伙伴整理了一些關(guān)于MySQL方面的知識點，一來是加深鞏固MySQL技術(shù)棧，二來可以在跳槽時的面試提供一些助攻；這些知識點將分2-3篇系列文章進行發(fā)布，感興趣的小伙伴可以持續(xù)關(guān)注哦~

本文我們將從MySQL的幾種事務隔離級別開始擼起，從MySQL事務的概念講起，再到事務的4個基本特性、事務并發(fā)時產(chǎn)生的問題，最后再到MySQL的4種事務隔離級別的介紹以及對應的實戰(zhàn)。

內(nèi)容：

一、事務簡介與4個基本特性

事務（Transaction）一詞是計算機術(shù)語，一般指的是要做的或者所做的事情，在計算機編程領域指的是訪問并更新數(shù)據(jù)庫中各個數(shù)據(jù)項的一個執(zhí)行單元，一般是由兩段核心命令之間執(zhí)行的全體操作組成，即事務開始“begin transaction”、事務結(jié)束“end transaction”；而在這兩段操作命令之間，常見的就有：提交事務commit 、回滾事務rollback 等等；

而事務有4個基本特性，即我們常說的“酸性”：ACID，每個字母代表一個特性，具體包括：

（1）原子性（Atomicity）：事務開始后所有操作，要么全部做完，要么全部不做，不可能停滯在中間環(huán)節(jié)；事務執(zhí)行過程中出錯，會回滾到事務開始前的狀態(tài)，所有的操作就像沒有發(fā)生過一樣；也就是說事務是一個不可分割的整體，就像化學中學過的原子，是物質(zhì)構(gòu)成的基本單位；

 

（2）一致性（Consistency）：事務開始前和結(jié)束后，數(shù)據(jù)庫的完整性約束沒有被破壞；比如A向B轉(zhuǎn)賬，不可能A扣了錢，B卻沒收到；

 

（3）隔離性（Isolation）：同一時間，只允許一個事務請求同一數(shù)據(jù)，不同的事務之間彼此沒有任何干擾；比如A正在從一張銀行卡中取錢，在A取錢的過程結(jié)束前，B不能向這張卡轉(zhuǎn)賬；

 

（4）持久性（Durability）：事務完成后，事務對數(shù)據(jù)庫的所有更新將被保存到數(shù)據(jù)庫，不能回滾；

二、事務并發(fā)時產(chǎn)生的問題

從上述中我們已經(jīng)知曉了“事務”其實就是一個或者一組操作單元，如“新增用戶信息”、

“更新用戶信息同時更新用戶頭像”等等均為實際項目開發(fā)中常見的事務，這一事務涉及到的相關(guān)操作要么全部都做完、要么全部都不做；

然而在某些特殊的場景下，比如多線程并發(fā)操作同個數(shù)據(jù)庫表 或者 同份數(shù)據(jù)，則有可能會出現(xiàn)事務的并發(fā)問題，這些問題可以歸結(jié)為3類，即：

（1）臟讀：事務A讀取了事務B更新的數(shù)據(jù)，然后B執(zhí)行回滾操作，此時A讀取到的數(shù)據(jù)即是臟數(shù)據(jù)；

 

（2）不可重復讀：事務 A 多次讀取同一份數(shù)據(jù)，事務 B 在事務A多次讀取的過程中，對數(shù)據(jù)作了更新并提交，導致事務A多次讀取同一份數(shù)據(jù)時，得到的結(jié)果不一致；

 

（3）幻讀：管理員A將數(shù)據(jù)庫中所有學生的成績從具體分數(shù)改為ABCDE等級，但是管理員B就在這個時候插入了一條具體分數(shù)的記錄，當系統(tǒng)管理員A修改結(jié)束后發(fā)現(xiàn)還有一條記錄沒有改過來，就好像發(fā)生了幻覺一樣，這就叫幻讀。

 

附注：不可重復讀的 和 幻讀很容易混淆，不可重復讀側(cè)重于修改，幻讀側(cè)重于新增或刪除。解決不可重復讀的問題只需鎖住滿足條件的行，而解決幻讀需要鎖表

 

三、4種事務隔離級別

既然數(shù)據(jù)庫在使用過程中有可能會出現(xiàn)事務并發(fā)的各種問題，那么自然而然我們需要去尋找相應的解決方案；幸運的是，目前各大主流的數(shù)據(jù)庫如MySQL、Oracle、Sql Server等等本身就自帶了相應的解決方案，即傳說中的“事務隔離級別”；

下面我們以MySQL為例，介紹它的4種事務隔離級別，每一種均用于解決上述事務并發(fā)時產(chǎn)生的各種問題，如下表格所示：

事務隔離級別

臟讀

不可重復讀

幻讀

讀未提交
(read-uncommitted)

可能出現(xiàn)

可能出現(xiàn)

可能出現(xiàn)

讀已提交
(read-committed)

不可能出現(xiàn)

可能出現(xiàn)

可能出現(xiàn)

可重復讀
(repeatable-read)

不可能出現(xiàn)

不可能出現(xiàn)

可能出現(xiàn)

串行化

(serializable)

不可能出現(xiàn)

不可能出現(xiàn)

不可能出現(xiàn)

（1）讀未提交（read-uncommitted）：顧名思義，指的是并發(fā)的事務A、B在操作同一份數(shù)據(jù)時由于先后順序、事務沒提交以及回滾等原因?qū)е伦罱K數(shù)據(jù)不一致性的現(xiàn)象；

比如變量a初始值為1，即a=1，事務A先讀取到變量a,此時Aa=1，在A準備進入后續(xù)相關(guān)操作之前，B事務對a變量執(zhí)行了減1操作，但是還沒有提交該事務，此時在B看來a仍然為1,即Ba=1（因為還沒有提交“減1”操作對應的事務）；

而出乎意料的是，此時A事務再次查詢變量a的值時會發(fā)現(xiàn)a已經(jīng)變?yōu)?了，即Aa=0（這就是所謂的“讀已提交”，而理論上應該是1才對，因為B還沒提交“減1”操作對應的事務），然后A帶著變量a=0進行了后續(xù)的操作……

不幸的是，就在A帶著變量a=0的值進行后續(xù)操作之前，如果此時B進行回滾操作，即回滾“減1”操作，那么此時變量a將變?yōu)?，即最終a=1，但是為時已晚，A事務已經(jīng)拿著變量a=0的值去“瀟灑”了~，因此也就會出現(xiàn)“臟讀”、“不可重復讀”、“幻讀”，這一過程可以由下圖形象地表示：


（2）對于“讀未提交”事務隔離級別，很明顯目前許多主流的數(shù)據(jù)庫幾乎都不會使用；而如果想解決“讀未提交”事務隔離級別所出現(xiàn)的種種問題，我們可以采用“讀已提交”的隔離級別進行替代；

即“讀已提交”顧名思義指的是事務A最終從數(shù)據(jù)庫中讀取到的同份數(shù)據(jù)勢必為事務B“commit提交事務”后的數(shù)據(jù)，這無疑可以解決“臟讀”的問題，即“最終一致性”，但是由于事務A可能會發(fā)起多次“查詢操作”，每次操作執(zhí)行的間隔，可能會穿插進B提交事務，從而導致事務A首次查詢時變量a=1，而在后續(xù)發(fā)起相同的查詢操作時變量a確為0,即“幻讀”和“不可重復讀”的問題依舊存在；

 

（3）“可重復讀”是MySQL默認的事務隔離級別，可以解決“臟讀”、“不可重復讀”的問題；

對于“臟讀”的問題，在該事務隔離級別下，事務A與事務B分別執(zhí)行的操作可以說是既獨立、又最終相互影響的，所謂的獨立，指的是事務不會讀到其他事務對已有數(shù)據(jù)的修改，即使其他事務已經(jīng)提交，也就是說，事務開始時讀到的數(shù)據(jù)是什么，在事務提交前的任意時刻，這些數(shù)據(jù)的值都是一樣的；而這也順帶解決了“不可重復讀”的問題；

但是，對于其他事務如B新插入的數(shù)據(jù)，事務A是可以讀到的，而這也就引發(fā)了幻讀問題；（當然啦，實際上由于MySQL底層的MVVC機制，這個問題在實操時幾乎難以復現(xiàn)）

值得一提的是，“可重復讀”這一事務隔離級別之所以可以起到相應的作用，很多原因得得益于它的底層，即底層使用了MVCC機制，即多版本并發(fā)控制，即select操作不會更新版本號，是快照讀（歷史版本）；而insert、update和delete會更新版本號，是當前讀（當前版本）  ~   找個時間我們再細談這玩意！

 

（4）而“串行化”這一事務隔離級別可以說是4種事務隔離級別中隔離效果最好的，解決了臟讀、可重復讀、幻讀的問題，但是效果最差，它因為將事務的執(zhí)行變?yōu)轫樞驁?zhí)行，與其他三個隔離級別相比，它就相當于單線程的了，后一個事務的執(zhí)行必須等待前一個事務結(jié)束；這家伙在這里就不做過多介紹了！

 

四、簡單比較

（1）首先是“讀未提交”，它是這4個當中性能最好、但也可以說是最野蠻的方式，因為它“沒心沒肺”、壓根兒就不加鎖，所以根本談不上什么隔離效果，可以理解為沒有隔離；

（2）再來說說“串行化”，讀的時候加共享鎖，也就是其他事務可以并發(fā)讀，但是不能寫，寫的時候加排它鎖，其他事務不能并發(fā)寫也不能并發(fā)讀，即淪落為“單線程”執(zhí)行了！

（3）最后是“讀已提交”和“可重復讀”，這兩種隔離級別算是比較復雜的，既要允許一定的并發(fā)，又想要兼顧解決相應的問題。

 

五、總結(jié)

至此，我們已經(jīng)初步介紹完成了MySQL關(guān)于事務以及事務隔離級別方面的知識要點，值得一提的是，MySQL只有InnoDB引擎才支持事務，其中可重復讀是默認的隔離級別；

“讀未提交”和“串行化”基本上是不需要考慮的隔離級別，因為前者幾乎相當于“不加鎖”，后者則相當于單線程執(zhí)行，效率幾乎很差；

相對于“讀未提交”而言，“讀已提交”級別則可以解決臟讀的問題，它提供的“行鎖”機制可以解決并發(fā)更新的問題；

而“可重復讀（repeatable-read）”級別則包含了“讀已提交”的優(yōu)點，即同樣可以解決“臟讀”的問題；而并“幻讀”的問題則主要是通過行鎖和間隙鎖的組合 Next-Key 鎖來實現(xiàn)的；


六、彩蛋

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