MySQL学习-7|事务隔离:事务到底是隔离的还是不隔离的?

MySQL数据库学习- 7 | 事务隔离:事务到底是隔离的还是不隔离的?

  • 事务简述
  • 示例分析
  • 视图
  • 快照
  • 解析示例
  • 参考资料
  • 写在后面

事务简述

环境: MySQL 5.7.24, for linux-glibc2.12 (x86_64)

  • 简单来说,事务就是要保证 一组 数据库操作,要么全部成功,要么全部失败
  • ACID(Atomicity 原子性、Consistency 一致性、Isolation 隔离性、Durability 持久性)
  • 事务支持是在存储引擎层1实现的。 InnoDB 引擎支持事务,而MyISAM引擎不支持事务。
-- 查看使用的引擎信息
show engines;
隔离级别 特点
读未提交 一个事务还没提交时,它所做的变更就已经能被其他事务看到
读提交 一个事务提交之后,它所做的变更才能被其他事务看到
可重复读 一个事务执行过程中看到的数据,总是跟它在启动时所看到的数据是一致的。未提交的变更,对其他事务不可见
串行化 对于同一行记录,“"会加"写锁”,“"会加"读锁”。出现读写锁冲突时,后访问的事务必须等待前一个事务执行完成,才能继续执行
mysql> show variables like 'transaction_isolation';
+-----------------------+----------------+
| Variable_name         | Value          |
+-----------------------+----------------+
| transaction_isolation | READ-COMMITTED |
+-----------------------+----------------+

示例分析

-- CREATE
mysql> CREATE TABLE `t` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `k` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;

-- INSERT
insert into t(id, k) values(1,1),(2,2);
  • 启动3个事务:A、B、C,按照以下步骤操作,查询的k值是多少?默认autocommit=1
步骤 事务A 事务B 事务C
1 start transaction with consistent snapshot;
2 start transaction with consistent snapshot;
3 update t set k=k+1 where id=1;
4 update t set k=k+1 where id=1;
5 select k from t where id=1;
6 select k from t where id=1;
7 commit;
8 commit;
  • begin/start transaction命令并不是一个事务的起点,在执行到它们之后的第一个操作InnoDB表的语句,事务才真正启动。
  • 如果想要马上启动事务,可以使用start transaction with consistent snapshot这个命令。

begin/start transaction方式,一致性视图是在执行第一个快照语句时创建;

马上启动事务方式,一致性视图是在执行start transaction with consistent snapshot;时创建。

  • 事务C没有显式地使用begin/commit,表示这个update语句本身就是一个事务,语句在完成时会自动提交(默认autocommit=1);
  • 事务B在更新了行记录之后查询;(k=3)
  • 事务A在一个只读事务中查询,并且时间顺序上是在事务B的查询之后;(k=1)

视图

MySQL中,视图 有两种概念。

  • 一个是view, 是一个用查询语句定义的虚拟表,在调用的时候执行查询语句并生成结果。创建视图的语法是create view ...,查询视图的方法与查询表一样。
  • 另一个是InnoDB在实现多版本并发控制(MVCC)时用到的一致性视图,即consistent read view,用于支持RC(Read Commited,读提交)和RR(Repeatable Read,可重复读)隔离级别的实现。它没有物理结构,作用是事务执行期间用来定义"我能看到什么数据"。

快照

RR(Repeatable Read,可重复读)隔离级别下,事务在启动的时候就"拍了个快照",这个快照是基于整库的。

InnoDB里每个事务都有一个唯一的事务ID,叫做transaction id,是在事务开始的时候向InnoDB的事务系统申请的,按照申请顺序严格递增。

每行数据也都是有多个版本的。每次事务更新数据时,都会生成一个新的数据版本,并且把transaction id赋值给这个数据版本的事务ID,记为row trx_id。同时旧的数据版本要保留,并在新的数据版本中,能够有信息可以直接拿到它。
即,数据表的一行记录,其实可能有多个版本(row),每个版本有自己的row trx_id

下图为行状态变更图,虚线框中是同一行数据的4个版本,最新版本是V4,k=22,是被transaction id为25的事务更新的,因此它的row trx_id也是25。
MySQL学习-7|事务隔离:事务到底是隔离的还是不隔离的?_第1张图片
图中的三个虚线箭头(U1、U2、U3),就是undo log(回滚日志);V1、V2、V3并不是物理上真实存在的,而是每次需要的时候根据当前版本和undo log计算出来的。

  • 按照可重复读的定义,一个事务启动的时候,能够看到所有已经提交的事务结果。但是之后,这个事务执行期间,其他事务的更新对它不可见。
  • 因此,一个事务只需要在启动时声明,以我启动的时刻为准,如果一个数据版本是在我启动之前生成的,就认;如果是我启动以后才生成的,就不认,我必须要找到它的上一个版本
  • 如果上一个版本也不可见,那就继续往前找。另外,如果是这个事务自己更新的数据,它自己还是要认的。

在实现上,InnoDB为每个事务构造了一个数组,用来保存这个事务启动瞬间,当前正在活跃(启动了但还没提交)的所有事务ID

数组里面事务ID的最小值记为低水位,当前系统里已经创建过的事务ID的最大值加1记为高水位

这个视图数组高水位,就组成了当前事务的一致性视图(read-view)。
数据版本的可见性规则,就是基于数据的row trx_id和这个一致性视图的对比结果得到的。

MySQL学习-7|事务隔离:事务到底是隔离的还是不隔离的?_第2张图片
对于当前事务的启动瞬间来说,一个数据版本的row trx_id,有以下几种可能:

  • 1、如果落在绿色部分,表示这个版本是已提交的事务或者是当前事务自己生成的,这个数据是可见的
  • 2、如果落在红色部分,表示这个版本是由将来启动的事务生成的,不可见
  • 3、如果落在黄色部分,那就包括两种情况:
  • 3.1) 若row trx_id在数组中,表示这个版本是由还没提交的事务生成的,不可见
  • 3.2) 若row trx_id不在数组中,表示这个版本是由已经提交的事务生成的,可见

InnoDB利用了所有数据都有多个版本这个特性,实现了秒级创建快照的能力。

解析示例

解析在上面的示例中,事务A的语句返回结果k=1?

这里,我们不妨做如下假设:
1、事务A开始前,系统里只有一个活跃事务ID是99;
2、事务A、B、C的版本号分别是100.101.102,且当前系统里只有这四个事务;
3、三个事务开始前,(1,1)这一行数据的row trx_id是90。

这样,事务A的视图数组就是[99,100],事务B的视图数组就是[99,100,101],事务C的视图数组就是[99,100,101,102]。

事务A查询数据逻辑图:
MySQL学习-7|事务隔离:事务到底是隔离的还是不隔离的?_第3张图片
在上图中,第一个有效更新的事务C,把数据从(1,1)改成了(1,2)。这时,这个数据的最新版本的row trx_id是102,而90这个版本已经成为了历史版本。

第二个有效更新的事务B,把数据从(1,2)改成了(1,3)。这时,这个数据的最新版本的row trx_id是101,而102这个版本又成为了历史版本。

在事务A查询的时候,其实事务B还没提交,但它生成的(1,3)这个版本已经变成当前版本了,但是这个版本对事务A必须是不可见的,否则就变成脏读了。

事务A来读数据,它的视图数组是[99,100]。当日了,读数据都是从当前版本读起的,所以事务A查询语句读数据的流程如下:

  • 找到(1,3)的时候,判断出row trx_id=101,比高水位大,处于红色区域,不可见;
  • 接着找到上一个历史版本,判断出row trx_id=102,比高水位大,处于红色区域,不可见;
  • 再往前找,找到(1,1),判断出row trx_id=90,比低水位还小,处于绿色区域,可见;

版本未提交,不可见
版本已提交,但是在视图创建后提交的,不可见
版本已提交,且是在视图创建前提交的,可见。

更新逻辑
事务B的update语句,如果按照一致性读,好像结果不对?

事务B更新逻辑:
MySQL学习-7|事务隔离:事务到底是隔离的还是不隔离的?_第4张图片
如果事务B在更新之前,查询一次数据k,这时查询返回的k确实是1。但是,当它要去更新数据时,就不能再在历史版本上更新了,否则事务C的更新就丢失了。
因此,事务B的set k=k+1是在(1,2)的基础上进行的操作。

这里就用到了这样一条规则:更新数据都是先读后写的,而这个读,只能读当前的值,称为当前读(current read)。

  • 在更新的时候,当前读拿到的数据是(1,2),更新后生成新版本的数据(1,3),这个新版本的row trx_id=101
  • 所以,事务B的查询语句,一看自己的row trx_id=101,而最新数据的row trx_id=101,可以直接使用,所以k=3.

除了update语句外,select语句如果加锁,也是当前读

-- 读锁(S锁, 共享锁)
mysql> select k from t where id=1 lock in share mode;

-- 写锁(X锁, 排他锁)
mysql> select k from t where id=1 for update;

启动3个事务:A、B、C’,按照以下步骤操作,会怎样呢?

步骤 事务A 事务B 事务C’
1 start transaction with consistent snapshot;
2 start transaction with consistent snapshot;
3 start transaction with consistent snapshot;
4 update t set k=k+1 where id=1;
5 update t set k=k+1 where id=1;
6 select k from t where id=1;
7 select k from t where id=1; commit;
8 commit;
9 commit;

事务C’与上面的事务C不同,显式使用begin/commit,所以在update后并没有马上提交,在它提交之前,事务B的更新语句执行了。
这时,虽然事务C’还没提交,但是(1,2)这个版本已经生成,并且是当前的最新版本,这个版本上的写锁还没释放。事务B是当前读,必须要读最新版本,而且必须加锁,因此就被锁住了,必须要等事务C’释放写锁,才能继续它的当前读。

事务B更新逻辑(配合事务C’):
MySQL学习-7|事务隔离:事务到底是隔离的还是不隔离的?_第5张图片
这样就把一致性读当前读行锁串起来了。

事务的可重复读能力是怎么实现的?

  • 可重复读的核心就是一致性读(consistent read);
  • 事务更新数据时,只能用当前读;如果当前记录的行锁被其他锁雾占用,就需要进入锁等待。

读提交的逻辑和可重复读的逻辑类似,主要区别是:

  • 可重复读隔离级别下,只需要在事务开始的时候创建一致性视图,之后事务里的其他查询都共用这个一致性视图;
  • 在读提交隔离级别下,每一个语句执行前都会重新算出一个新的视图。

读提交隔离级别下,事务A和事务B的查询语句返回的k分别是多少呢?
start transaction with consistent snapshot;的意思是从这个语句开始,创建一个持续整个事务的一致性快照。所以,在读提交隔离级别下,这个用法就没有意义了,等效于普通的start transaction

读提交隔离级别下的事务状态图(这里用的是事务C的逻辑直接提交,而不是C’):
MySQL学习-7|事务隔离:事务到底是隔离的还是不隔离的?_第6张图片
事务A的查询语句的视图数组是在执行select语句时创建,时序上(1,2), (1,3)的生成时间都在创建这个视图数组的时刻之前,但是这个时刻:
(1,3)还没提交,属于情况1,不可见;
(1,2)提交了,属于情况3,可见。

所以,事务A查询语句返回k=2;事务B查询结果k=3。

参考资料

《高性能MySQL》
《MySQL实战45讲》 作者:丁奇

写在后面

之前学习了大神丁奇的《MySQL实战45讲》,目前在看《高性能高MySQL》,也想自己整理一下MySQL知识点,发现力不从心,也发现大神之所以是大神,那是因为真的牛。

推荐大家还是去学习丁奇的《MySQL实战45讲》,条理清晰,循序渐进,深入浅出,通俗易懂。而且每一讲后面都有高质量的留言评论, 从中能获益良多。感谢!

  • 如有 错误之处 还请多多指正。希望能给您带来帮助。

  1. MySQL基础架构 ↩︎

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