MySQL事务 | 隔离级别 | 数据一致性

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

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  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

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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。

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

1. 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。
     
     

2. 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。
     
     

3. 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。

4. 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

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  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。

总结

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  综上所述，MySQL事务并发问题是在多个事务同时访问和修改数据库时可能出现的数据一致性问题。通过选择合适的隔离级别、合理设计事务和并发控制策略，可以有效地处理并发问题并确保数据的一致性。