MySQL学习：事务的隔离

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。在 MySQL 中，事务支持是在引擎层实现的。MySQL 是一个支持多引擎的系统，但并不是所有的引擎都支持事务。比如 MySQL 原生的 MyISAM 引擎就不支持事务，这也是 MyISAM 被 InnoDB 取代的重要原因之一。

一、事务

数据库事务（Database Transaction）：
一组具有ACID属性的SQL命令组成的单个逻辑工作单元，称为数据库事务。
事务是一个操作序列，这些操作要么都执行，要么都不执行，它是一个不可分割的单位。

事务应该具有ACID特性：（由数据库、设计人员和开发人员来保证）
（Atomicity、Consistency、Isolation、Durability）

1. 事务的原子性：指事务内部的SQL操作要么全部成功，要么全部失败。
   1）原子性是由事务日志保证的，与开发人员无关。
   2）事务的提交模式由开发人员选择
2. 事务的隔离性：指该会话事务内部的SQL操作及操作的数据库对象对并发的其它事务是隔离的。
   1）事务的隔离级别是由数据库提供的。
   2）使用哪种隔离级别是由开发人员选择的。
3. 事务的持久性：指事务一旦提交，对数据库的改变是永久的。
   1）持久性是由事务日志保证的。
   2）与开发人员无关。
4. 事务的一致性：指的是在一个事务执行之前和执行之和都必须保证数据库处于一致性状态，即事务执行的结果必须使事务从一个一致性状态转变到另一个一致性状态。
   1）事务的一致性是由原子性（数据库）、完整性约束（涉及人员）和业务逻辑关系（开发人员编写的SQL程序）来保证的。

二、隔离性与隔离级别

其中I就是隔离性，当数据库上有多个事务同时执行（并发）的时候，就可能出现脏读（dirty read）、不可重复读（non-repeatable read）、幻读（phantom read）（并发冲突：读的不一致性）的问题，为了解决这些问题，就有了“隔离级别”的概念。

1. 脏读：事务T2更新了一条记录，还未提交所做的修改，这个时候T1读取了更新后的数据，然后T2执行回滚操作，取消刚才修改，所以T1读取的行就无效，也就是脏数据。
   【脏读示例】
   公司发工资了，领导把5000元打到singo的账号上，但是该事务并未提交，而singo正好去查看账户，发现工资已经到账，是5000元整，非常高兴。可是不幸的是，领导发现发给singo的工资金额不对，是2000元，于是迅速回滚了事务，修改金额后，将事务提交，最后singo实际的工资只有2000元，singo空欢喜一场。
   出现上述情况，就是两个并发事务，事务B读取了事务A尚未提交的数据，数据A回滚。

2. 不可重复读：事务T1读取一行记录，紧接着事务T2修改了事务T1刚刚读取的记录，然后T1再次查询，发现与第一次读取的记录不同，这称为不可重复读。
   【不可重复读示例】
   singo拿着工资卡去消费，系统读取到卡里确实有2000元，而此时她的老婆也正好在网上转账，把singo工资卡的2000元转到另一账户，并在singo之前提交了事务，当singo扣款时，系统检查到singo的工资卡已经没有钱，扣款失败，singo十分纳闷，明明卡里有钱，为何…
   出现上述情况就是：两个并发事务，事务A事先读取了数据，事务B紧接着更新了数据，并提交了事务，而事务A再次读取数据时，数据发生了改变。

3. 幻读：事务T1读取一条指定where条件的语句，返回结果集。此时事务T2插入一行新纪录，恰好满足where条件。然后T1使用相同的条件再次查询，结果集中可以看到T2插入的记录，这条新记录就是幻想。
   【幻读示例】
   singo的老婆工作在银行部门，她时常通过银行内部系统查看singo的信用卡消费记录。有一天，她正在查询到singo当月信用卡的总消费金额（select sum(amount) from transaction where month = 本月）为80元，而singo此时正好在外面胡吃海塞后在收银台买单，消费1000元，即新增了一条1000元的消费记录（insert transaction … ），并提交了事务，随后singo的老婆将singo当月信用卡消费的明细打印到A4纸上，却发现消费总额为1080元，singo的老婆很诧异，以为出现了幻觉，幻读就这样产生了。

为了处理读的不一致性并发冲突，SQL标准定义了以下四种事务隔离级别。

事务隔离级别：一个会话事务对数据库的存取与并发的另一个会话事务的隔离程度称为隔离级别。

SQL 标准的事务隔离级别包括：读未提交（read uncommitted）、读提交（read committed）、可重复读（repeatable read）和串行化（serializable ）。

1. 读未提交是指，一个事务还没提交时，它做的变更就能被别的事务看到。
2. 读提交是指，一个事务提交之后，它做的变更才会被其他事务看到。
3. 可重复读是指，一个事务执行过程中看到的数据，总是跟这个事务在启动时看到的数据是一致的。当然在可重复读隔离级别下，未提交变更对其他事务也是不可见的。
4. 串行化，顾名思义是对于同一行记录，“写”会加“写锁”，“读”会加“读锁”。当出现读写锁冲突的时候，后访问的事务必须等前一个事务执行完成，才能继续执行。

其中“读提交”和“可重复读”比较难理解，所以用一个例子说明这几种隔离级别。假设数据表 T 中只有一列，其中一行的值为 1，下面是按照时间顺序执行两个事务的行为。

mysql> create table T(c int) engine=InnoDB;

insert into T(c) values(1);

来看看在不同的隔离级别下，事务 A 会有哪些不同的返回结果，也就是图里面 V1、V2、V3 的返回值分别是什么。

1. 若隔离级别是“读未提交”， 则 V1 的值就是 2。这时候事务 B 虽然还没有提交，但是结果已经被 A 看到了。因此，V2、V3 也都是 2。
2. 若隔离级别是“读提交”，则 V1 是 1，V2 的值是 2。事务 B 的更新在提交后才能被 A 看到。所以， V3 的值也是 2。
3. 若隔离级别是“可重复读”，则 V1、V2 是 1，V3 是 2。之所以 V2 还是 1，遵循的就是这个要求：事务在执行期间看到的数据前后必须是一致的。
4. 若隔离级别是“串行化”，则在事务 B 执行“将 1 改成 2”的时候，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， V1、V2 值是 1，V3 的值是 2。

在实现上，数据库里面会创建一个视图，访问的时候以视图的逻辑结果为准。在“可重复读”隔离级别下，这个视图是在事务启动时创建的，整个事务存在期间都用这个视图。在“读提交”隔离级别下，这个视图是在每个 SQL 语句开始执行的时候创建的。这里需要注意的是，“读未提交”隔离级别下直接返回记录上的最新值，没有视图概念；而“串行化”隔离级别下直接用加锁的方式来避免并行访问。

我们可以看到在不同的隔离级别下，数据库行为是有所不同的。Oracle 数据库的默认隔离级别其实就是“读提交”，因此对于一些从 Oracle 迁移到 MySQL 的应用，为保证数据库隔离级别的一致，你一定要记得将 MySQL 的隔离级别设置为“读提交”。

配置的方式是，将启动参数 transaction-isolation 的值设置成 READ-COMMITTED。
注：（MySQL的默认隔离级别是可重复读（repeatable read））

三、事务隔离的实现

在 MySQL 中，实际上每条记录在更新的时候都会同时记录一条回滚操作。记录上的最新值，通过回滚操作，都可以得到前一个状态的值。

假设一个值从 1 被按顺序改成了 2、3、4，在回滚日志里面就会有类似下面的记录。
当前值是 4，但是在查询这条记录的时候，不同时刻启动的事务会有不同的 read-view。如图中看到的，在视图 A、B、C 里面，这一个记录的值分别是 1、2、4，同一条记录在系统中可以存在多个版本，就是数据库的多版本并发控制（MVCC）。对于 read-view A，要得到 1，就必须将当前值依次执行图中所有的回滚操作得到。

同时你会发现，即使现在有另外一个事务正在将 4 改成 5，这个事务跟 read-view A、B、C 对应的事务是不会冲突的。

回滚日志总不能一直保留吧，什么时候删除呢？答案是，在不需要的时候才删除。也就是说，系统会判断，当没有事务再需要用到这些回滚日志时，回滚日志会被删除。什么时候才不需要了呢？就是当系统里没有比这个回滚日志更早的 read-view 的时候。

尽量不要使用长事务：
长事务意味着系统里面会存在很老的事务视图。由于这些事务随时可能访问数据库里面的任何数据，所以这个事务提交之前，数据库里面它可能用到的回滚记录都必须保留，这就会导致大量占用存储空间。
除了对回滚段的影响，长事务还占用锁资源，也可能拖垮整个库。

四、事务的启动方式

MySQL 的事务启动方式有以下几种：

1. 显式启动事务语句， begin 或 start transaction。配套的提交语句是 commit，回滚语句是 rollback。
2. set autocommit=0，这个命令会将这个线程的自动提交关掉。意味着如果你只执行一个 select 语句，这个事务就启动了，而且并不会自动提交。这个事务持续存在直到你主动执行 commit 或 rollback 语句，或者断开连接。

有些客户端连接框架会默认连接成功后先执行一个 set autocommit=0 的命令。这就导致接下来的查询都在事务中，如果是长连接，就导致了意外的长事务。因此建议总是使用 set autocommit=1, 通过显式语句的方式来启动事务。

对于一个需要频繁使用事务的业务，第二种方式每个事务在开始时都不需要主动执行一次 “begin”，减少了语句的交互次数。建议使用 commit work and chain 语法。

在 autocommit 为 1 的情况下，用 begin 显式启动的事务，如果执行 commit 则提交事务。如果执行 commit work and chain，则是提交事务并自动启动下一个事务，这样也省去了再次执行 begin 语句的开销。同时带来的好处是从程序开发的角度明确地知道每个语句是否处于事务中。

你可以在 information_schema 库的 innodb_trx 这个表中查询长事务，比如下面这个语句，用于查找持续时间超过 60s 的事务。

select * from information_schema.innodb_trx where TIME_TO_SEC(timediff(now(),trx_started))>60

如何避免长事务对业务的影响？
这个问题，我们可以从应用开发端和数据库端来看。

首先，从应用开发端来看：

1. 确认是否使用了 set autocommit=0。这个确认工作可以在测试环境中开展，把 MySQL 的 general_log开起来，然后随便跑一个业务逻辑，通过 general_log的日志来确认。一般框架如果会设置这个值，也就会提供参数来控制行为，你的目标就是把它改成 1。
2. 确认是否有不必要的只读事务。有些框架会习惯不管什么语句先用 begin/commit 框起来。我见过有些是业务并没有这个需要，但是也把好几个 select 语句放到了事务中。这种只读事务可以去掉。
3. 业务连接数据库的时候，根据业务本身的预估，通过 SET MAX_EXECUTION_TIME 命令，来控制每个语句执行的最长时间，避免单个语句意外执行太长时间。

其次，从数据库端来看：

1. 监控 information_schema.Innodb_trx 表，设置长事务阈值，超过就报警 / 或者 kill；
2. Percona 的 pt-kill 这个工具不错，推荐使用；
3. 在业务功能测试阶段要求输出所有的 general_log，分析日志行为提前发现问题；
4. 如果使用的是 MySQL 5.6 或者更新版本，把 innodb_undo_tablespaces 设置成 2（或更大的值）。如果真的出现大事务导致回滚段过大，这样设置后清理起来更方便。

总结

1. 事务的概念，事务的ACID特性。
2. 事务的并发冲突与隔离级别。
3. 事务隔离的实现，尽量不要使用长事务的原因以及如何用正确的方法避免使用长事务。
4. 事务的两种启动方式。