MySQL事务隔离级别及实现原理

一. MySQL数据库的事务隔离级别

• 说起事务隔离级别之前，先了解一下几种数据的一致性问题：1. 脏读：a事务读取了b事务还未提交的更新数据，然后b事务回滚，导致数据不一致。2. 重复读：a事务多次读取同一条数据，b事务在a事务多次读取中间修改了数据，倒是a多次读取的数据不一致，出现不可重复读问题。3. a事务多次读取同一条数据，b事务在a事务多次读取中间插入一条了数据，a可能会出现突然读取到新的数据，也可能没有读到，然后插入的时候出现冲突，出现幻读。
• MySQL数据库一共提供了四种数据中间的隔离级别，其中RU因为并发安全性太低一般都不会使用。而SER又因为不适用MVCC而退化为完全使用锁控制并发，导致性能非常差，一般也不会使用。

事务隔离级别	脏读	不可重复读	幻读	备注
read-uncommitted（RU）	是	是	是	无
read-committed（RC）	否	否	是	无
read-repeatable（RR）	否	否	否	无
serializable（SER）	否	否	否	无

二. 事务隔离级别的实现原理

• MySQL事务的隔离级别依赖于MVCC的实现，因此在讲事务隔离原理之前，会先说一下我对MVCC的理解。MVCC((Multi-Version Concurrency Control)通过将数据存储为多个版本，根据不同的数据一致性要求，读取不同的版本。同时将数据库的读写锁分离，可以做到读不影响写，写不影响读，大大提高了数据库的并发性能。

• MySQl是一个按行存储的数据库，同时每一行数据在经过多次修改之后会存储成多个版本，如下图：

  
  
  数据库行多个版本存储.png
  
  

  数据库中的数据会存在多个版本，Hbase也用这种方式存储Cell中的数据。同时版本和版本之间形成一个单向链表，每一行还存储了这个版本对应的事务id。这样做有两个好处：1. 数据可以根据数据一致性需求选择要展示的数据版本。2.在事务需要回滚时，数据库可以随意回滚到之前版本的数据。

• 每当我们创建一个事务，MySQL都会把这个事务存储下来，如下图：

  
  
  事务存储数据结构.png
  
  

  其中我们比较关系的是read_view，我把它理解为查询视图。read_view里保存了当前数据库所有活跃的事务，并把这些事务按照提交顺序组织成已个单向链表，链表头为up_trx_id，链表尾是low_trx_id。因此，我们如果相判断某一行数据的某一个版本对当前事务是否可见，只需要将此行所在的事务id跟read_view中的事务id进行比对，根据数据一致性要求，选在是否展示。

• 了解了数据库数据存储结构和事务存储结构之后，我们就可以聊聊四种隔离级别的实现方式：

1. Read-Uncommited（RU）
   RU只添加了写写锁，保证修改数据和插入不会出现数据安全问题，会出现脏读，此隔离级别基本不会使用。

2. Read-Conmmited（RC）
   RC，顾名思义，如果同时存在a和b两个事务。那么a中是没办法读到b事务未提交的修改数据的。RC修改和写入数据也是通过写写锁保证的。读操作通过MVCC实现。a事务每次在读取数据时，都会更新read_view，read_view中又存储了当前已经开启但是还未提交的事务id，因此要判断某一行数据是否可见，只需要判断数据版本对应的是事务tx-id是否在read_view中，或者tx-id>low_trx_id。RC可以避免出现脏读。

3. Repeatable-Read（RR）
   RC数据库隔离级别下，事务中的每次查询都会更新read_view获得最新的读取视图，解决了脏读问题。但是额外带来的问题就是每次读取视图的变化，也可能导致同一个事务内对同一条数据的读取结果不一致。因此，在RR隔离级别下，每次开启事务后，read_view就不在变化，这样可以保证同一个事务内，多次读取的数据都保持一致。但是RR隔离级别仍然存在幻读现象，因为多次读的结果虽然一致，但是并不代表数据库实际的数据存储没发生变化。
   MVCC并发控制中，读操作主要分为两类：1. 快照读。2. 当前读。快照读，读取的是数据的历史版本，因为版本有多份，可以提高并发量。当前读，读取的是数据的最新版本，并且，当前读返回的记录，都会加上锁，保证其他事务不会再并发修改这条记录。
   以Inodb为例，哪些操作是快照读，哪些操作是当前读呢？
   快照读：
   select * from table where ?;
   当前读：
   select * from table where ? lock in share mode;
   select * from table where ? for update;
   insert into table values (…);
   update table set ? where ?;
   delete from table where ?;
   因此，在RC和RR数据隔离级别下，所有的update和insert操作都属于当前读，读取数据的最新版本。当然这样还不能解决幻读问题，RR隔离级别下，同时保证对读取的范围加锁，新的满足查询条件的记录不能够插入 (间隙锁)，从而保证不存在幻读现象。

4. Serializable
   Serializable隔离级别下，数据库不再使用MVCC并发控制，完全使用共享锁和排他锁保证数据一致性。Serializable隔离级别下，读写冲突，因此并发度急剧下降，在MySQL/InnoDB下不建议使用。