MySQL事务篇：ACID原则事务隔离级别及事务机制原理剖析
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了MySQL事务篇：ACID原则事务隔离级别及事务机制原理剖析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
引言
众所周知，mysql数据库的核心功能就是存储数据，通常是整个业务系统中最重要的一层，可谓是整个系统的“大本营”，因此只要MySQL存在些许隐患问题，对于整个系统而言都是致命的。那此刻不妨思考一个问题：
MySQL在接受外部数据写入时，有没有可能会发生问题呢？
有人也许会笑着回答：“那怎么可能啊，MySQL在写入数据时怎么会存在问题呢”。
的确，MySQL本身在写入数据时并不会有问题，就算部署MySQL的机器断电/宕机，其内部也有一套健全的机制确保数据不丢失。但往往风险并不来自于表象，虽然MySQL写入数据没问题，但结合业务来看就会有一个很大的隐患，此话怎讲呐？先看案例：
-- 从库存表中扣减商品数量
UPDATE `zz_inventory` SET ......;
-- 向订单表、订单详情表中插入订单记录
INSERT INTO `zz_order` VALUES(....);
INSERT INTO `zz_order_info` VALUES(....);
-- 向物流表中插入相应的物流信息
INSERT INTO `zz_logistics` VALUES(....);
上述的伪SQL中，描述的是一个经典下单业务，先扣库存数量、再增加订单记录、再插入物流信息，按照正常的逻辑来看，上面的SQL也没有问题。但是请仔细想想！实际的项目中，这三组SQL是会由客户端（Java线程）一条条发过来的，假设执行到「增加订单记录」时，Java程序那边抛出了异常，会出现什么问题呢？
乍一想似乎没问题，但仔细一想：Java线程执行时出现异常会导致线程执行中断。
因为Java线程中断了，所以线程不会再向数据库发送「增加订单详情记录、插入物流信息」的SQL，此刻再来想想这个场景，由于增加订单详情和物流信息的SQL都未发送过来，因此必然也不会执行，但此时库存已经扣了，用户钱也付了，但却没有订单和物流信息，这引发的后果估计老板都能杀个程序员祭天了......
其实上面列举的这个案例，在数据库中被称之为事务问题，接下来一起聊一聊。
一、事务的ACID原则
什么是事务呢？事务通常是由一个或一组SQL组成的，组成一个事务的SQL一般都是一个业务操作，例如前面聊到的下单：「扣库存数量、增加订单详情记录、插入物流信息」，这一组SQL就可以组成一个事务。
而数据库的事务一般也要求满足
ACID原则，ACID是关系型数据库实现事务机制时必须要遵守的原则。
ACID主要涵盖四条原则，即：
-
A/Atomicity：原子性 -
C/Consistency：一致性 -
I/Isolation：独立性/隔离性 -
D/Durability：持久性
那这四条原则分别是什么意思呢？接下来一起聊一聊。
1.1、Atomicity原子性
原子性这个概念，在MySQL中原子性的含义也大致相同，指组成一个事务的一组SQL要么全部执行成功，要么全部执行失败，事务中的一组SQL会被看成一个不可分割的整体，当成一个操作看待。
好比事务
A由①、②、③条SQL组成，那这一个事务中的三条SQL必须全部执行成功，只要其中任意一条执行失败，例如②执行时出现异常了，此时就会导致事务A中的所有操作全部失败。
1.2、Consistency一致性
一致性也比较好理解，也就是不管事务发生的前后，MySQL中原本的数据变化都是一致的，也就是DB中的数据只允许从一个一致性状态变化为另一个一致性状态。这句话似乎听起来有些绕，不太好理解对嘛？简单解释一下就是：一个事务中的所有操作，要么一起改变数据库中的数据，要么都不改变，对于其他事务而言，数据的变化是一致的，上栗子：
假设此时有一个事务
A，这个事务隶属于一个下单操作，由「⓵扣库存数量、⓶增加订单详情记录、⓷插入物流信息」三这条SQL操作组成。
一致性的含义是指：在这个事务执行前，数据库中的数据是处于一致性状态的，而SQL执行完成之后事务提交，数据库中的数据依旧处于一个“一致性”状态，也就是库存数量+订单数量永远是等于最初的库存总数的，比如原本的总库存是10000个，此时库存剩余8888个，那也就代表着必须要有1112条订单数据才行。
这也就是前面说的：“事务发生的前后，
MySQL中原本的数据变化都是一致的”，这句话的含义，不可能库存减了，但订单没有增加，这样就会导致数据库整体数据出现不一致。
如果出现库存减了，但订单没有增加的情况，就代表着事务执行过程中出现了异常，此时MySQL就会利用事务回滚机制，将之前减的库存再加回去，确保数据的一致性。
但来思考一个问题，如果事务执行过程中，刚减完库存后，
MySQL所在的服务器断电了咋整？似乎无法利用事务回滚机制去确保数据一致性了撒？对于这点大可不必担心，因为MySQL宕机重启后，会通过分析日志的方式恢复数据，确保一致性（对于这点稍后再细聊）。
1.3、Isolation独立性/隔离性
简单理解原子性和一致性后，再来看看ACID中的隔离性，在有些地方也称之为独立性，意思就是指多个事务之间都是独立的，相当于每个事务都被装在一个箱子中，每个箱子之间都是隔开的，相互之间并不影响，同样上个栗子：
假设数据库的库存表中，库存数量剩余
8888个，此时有A、B两个并发事务，这两个事务都是相同的下单操作，由「⓵扣库存数量、增⓶加订单详情记录、⓷插入物流信息」三这条SQL操作组成。
此时A、B两个事务一起执行，同一时刻执行减库存的SQL，因此这里是并发执行的，那两个事务之间是否会互相影响，导致扣的是同一个库存呢？答案是不会，ACID原则中的隔离性保障了并发事务的顺序执行，一个未完成事务不会影响另外一个未完成事务。
隔离性在底层是如何实现的呢？基于
MySQL的锁机制和MVCC机制做到的（后续《MySQL事务与锁原理篇》再详细去讲）。
1.4、Durability持久性
相较于之前的原子性、一致性、隔离性来说，持久性是ACID原则中最容易理解的一条，持久性是指一个事务一旦被提交，它会保持永久性，所更改的数据都会被写入到磁盘做持久化处理，就算MySQL宕机也不会影响数据改变，因为宕机后也可以通过日志恢复数据。
也就相当于你许下一个诺言之后，那你无论遇到什么情况都会保证做到，就算遇到山水洪灾、地球毁灭、宇宙爆炸.....任何情况也好，你都会保证完成你的诺言为止。
二、MySQL的事务机制综述
刚刚说到的ACID原则是数据库事务的四个特性，也可以理解为实现事务的基础理论，那接下来一起看看MySQL所提供的事务机制。在MySQL默认情况下，一条SQL会被视为一个单独的事务，同时也无需咱们手动提交，因为默认是开启事务自动提交机制的，如若你想要将多条SQL组成一个事务执行，那需要显式的通过一些事务指令来实现。
2.1、手动管理事务
在MySQL中，提供了一系列事务相关的命令，如下：
-
start transaction | begin | begin work：开启一个事务 -
commit：提交一个事务 -
rollback：回滚一个事务
当需要使用事务时，可以先通过start transaction命令开启一个事务，如下：
-- 开启一个事务
start transaction;
-- 第一条SQL语句
-- 第二条SQL语句
-- 第三条SQL语句
-- 提交或回滚事务
commit || rollback;
对于上述MySQL手动开启事务的方式，相信大家都不陌生，但大家有一点应该会存在些许疑惑：事务是基于当前数据库连接而言的，而不是基于表，一个事务可以由操作不同表的多条SQL组成，这句话什么意思呢？看下图：
上面画出了两个数据库连接，假设连接A中开启了一个事务，那后续过来的所有SQL都会被加入到一个事务中，也就是图中连接A，后面的SQL②、SQL③、SQL④、SQL⑤这五条都会被加入到一个事务中，只要在未曾收到commit/rollback命令之前，这个连接来的所有SQL都会加入到同一个事务中，因此对于这点要牢记，开启事务后一定要做提交或回滚处理。
不过在连接
A中开启事务，是不会影响连接B的，这也是我说的：事务是基于当前数据库连接的，每个连接之间的事务是具备隔离性的，比如上个真实栗子~
此时先打开两个cmd命令行，然后用命令连接MySQL，或者也可以用Navicat、SQLyog等数据库可视化工具，新建两个查询，如下：
这里插个小偏门知识：当你在Navicat、SQLyog这类可视化工具中，新建一个查询时，本质上它就是给你建立了一个数据库连接，每一个新查询都是一个新的连接。
然后开始在两个查询中编写对应的SQL命令，先在查询窗口①中开启一个事务：
-- 先查询一次表数据
SELECT * FROM `zz_users`;
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
| user_id | user_name | user_sex | password | register_time |
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
| 1 | 熊猫 | 女 | 6666 | 2022-08-14 15:22:01 |
| 2 | 竹子 | 男 | 1234 | 2022-09-14 16:17:44 |
| 3 | 子竹 | 男 | 4321 | 2022-09-16 07:42:21 |
| 4 | 1111 | 男 | 8888 | 2022-09-17 23:48:29 |
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
-- 开启事务
start transaction;
-- 修改 ID=4 的姓名为：黑熊
update `zz_users` set `user_name` = "黑熊" where `user_id` = 4;
-- 删除 ID=1 的行数据
delete from `zz_users` where `user_id` = 1;
-- 再次查询一次数据
SELECT * FROM `zz_users`;
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
| user_id | user_name | user_sex | password | register_time |
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
| 2 | 竹子 | 男 | 1234 | 2022-09-14 16:17:44 |
| 3 | 子竹 | 男 | 4321 | 2022-09-16 07:42:21 |
| 4 | 黑熊 | 男 | 8888 | 2022-09-17 23:48:29 |
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
观察上面的结果，对比开启事务前后的的表数据查询，在事务中分别修改、删除一条数据后，再次查询表数据时会观察到表数据已经变化，此时再去查询窗口②中查询表数据：
SELECT * FROM `zz_users`;
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
| user_id | user_name | user_sex | password | register_time |
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
| 1 | 熊猫 | 女 | 6666 | 2022-08-14 15:22:01 |
| 2 | 竹子 | 男 | 1234 | 2022-09-14 16:17:44 |
| 3 | 子竹 | 男 | 4321 | 2022-09-16 07:42:21 |
| 4 | 1111 | 男 | 8888 | 2022-09-17 23:48:29 |
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
在查询窗口②中，也就相当于在第二个连接中查询数据时，会发现第一个连接（窗口①）改变的数据并未影响到第二个连接，啥原因呢？这是因为窗口①中还未提交事务，所以第一个连接改变的数据不会影响第二个连接。
其实具体的原因是由于
MySQL事务的隔离机制造成的，但对于这点后续再去分析。
此时在查询窗口①中，输入rollback命令，让当前事务回滚：
-- 回滚当前连接中的事务
rollback;
-- 再次查询表数据
SELECT * FROM `zz_users`;
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
| user_id | user_name | user_sex | password | register_time |
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
| 1 | 熊猫 | 女 | 6666 | 2022-08-14 15:22:01 |
| 2 | 竹子 | 男 | 1234 | 2022-09-14 16:17:44 |
| 3 | 子竹 | 男 | 4321 | 2022-09-16 07:42:21 |
| 4 | 1111 | 男 | 8888 | 2022-09-17 23:48:29 |
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
结果很明显，当事务回滚后，之前所做的数据更改操作全部都会撤销，恢复到事务开启前的表数据。当然，如果不手动开启事务，执行下述这条SQL会发生什么情况呢？
update `zz_users` set `user_name` = "黑熊" where `user_id` = 4;
会直接修改表数据，并且其他连接可见，因为MySQL默认将一条SQL视为单个事务，同时默认开启自动提交事务，也就是上面这条SQL执行完了之后就会自动提交。
-- 查看 自动提交事务 是否开启
SHOW VARIABLES LIKE autocommit;
-- 关闭或开启自动提交
SET autocommit = 0|1|ON|OFF;
复制代码
上述的[0/ON]是相同的意思，表示开启自动提交，[1/OFF]则表示关闭自动提交。
2.2、事务回滚点
在上面简单阐述了事务的基本使用，但假设目前有一个事务，由很多条SQL组成，但是我想让其中一部分执行成功后，就算后续SQL执行失败也照样提交，这样可以做到吗？从前面的理论上来看，一个事务要么全部执行成功，要么全部执行失败，似乎做不到啊，但实际上是可以做到的，这里需要利用事务的回滚点机制。
在某些
SQL执行成功后，但后续的操作有可能成功也有可能失败，但不管成功亦或失败，你都想让前面已经成功的操作生效时，此时就可在当前成功的位置设置一个回滚点。当后续操作执行失败时，就会回滚到该位置，而不是回滚整个事务中的所有操作，这个机制则称之为事务回滚点。
在MySQL中提供了两个关于事务回滚点的命令：
-
savepoint point_name：添加一个事务回滚点 -
rollback to point_name：回滚到指定的事务回滚点
以前面的案例来演示效果，如下：
-- 先查询一次用户表
SELECT * FROM `zz_users`;
-- 开启事务
start transaction;
-- 修改 ID=4 的姓名为：黑熊
update `zz_users` set `user_name` = "黑熊" where `user_id` = 4;
-- 添加一个事务回滚点：update_name
savepoint update_name;
-- 删除 ID=1 的行数据
delete from `zz_users` where `user_id` = 1;
-- 回滚到 update_name 这个事务点
rollback to update_name;
-- 再次查询一次数据
SELECT * FROM `zz_users`;
-- 提交事务
COMMIT;
上述代码中开启了一个事务，事务中总共修改和删除两条SQL组成，然后在修改语句后面添加了一个事务回滚点update_name，在删除语句后回滚到了前面添加的回滚点。
但要注意：回滚到事务点后不代表着事务结束了，只是事务内发生了一次回滚，如果要结束当前这个事务，还依旧需要通过
commit|rollback;命令处理。
其实借助事务回滚点，可以很好的实现失败重试，比如对事务中的每个SQL添加一个回滚点，当执行一条SQL时失败了，就回滚到上一条SQL的事务点，接着再次执行失败的SQL，反复执行到所有SQL成功为止，最后再提交整个事务。
当然，这个只是理论上的假设，实际业务中不要这么干~
2.3、MySQL事务的隔离机制
OK~，在前面做的小测试中，咱们会发现不同的数据库连接中，一个连接的事务并不会影响其他连接，当时也稍微的提过一嘴：这是基于事务隔离机制实现的，那接下来重点聊一聊MySQL的事务隔离机制。其实在MySQL中，事务隔离机制分为了四个级别：
- ①
Read uncommitted/RU：读未提交 - ②
Read committed/RC：读已提交 - ③
Repeatable read/RR：可重复读 - ④
Serializable：序列化/串行化
上述四个级别，越靠后并发控制度越高，也就是在多线程并发操作的情况下，出现问题的几率越小，但对应的也性能越差，MySQL的事务隔离级别，默认为第三级别：Repeatable read可重复读，但如若想要真正理解这几个隔离级别，得先明白几个因为并发操作造成的问题。
2.3.1、脏读、幻读、不可重复读问题
数据库的脏读问题
首先来看看脏读，脏读的意思是指一个事务读到了其他事务还未提交的数据，也就是当前事务读到的数据，由于还未提交，因此有可能会回滚，如下：
比如上图中，DB连接①/事务A正在执行下单业务，目前扣减库存、增加订单两条SQL已经完成了，恰巧此时DB连接②/事务B跑过来读取了一下库存剩余数量，就将事务A已经扣减之后的库存数量读回去了。但好巧不巧，事务A在添加物流信息时，执行异常导致事务A全部回滚，也就是原本扣的库存又会增加回去。
在个案例中，事务
A先扣减了库存，然后事务回滚时又加了回去，但连接②已经将扣减后的库存数量读回去操作了，这个过程就被称为数据库脏读问题。这个问题很严重，会导致整个业务系统出现问题，数据最终错乱。
数据库的不可重复读问题
再来看看不可重复读问题，不可重复读问题是指在一个事务中，多次读取同一数据，先后读取到的数据不一致，如下：
你没看错，就是对前面那张图稍微做了一点改造，事务A执行下单业务时，因为添加物流信息的时候出错了，导致整个事务回滚，事务回滚完成后，事务A就结束了。但事务B却并未结束，在事务B中，在事务A执行时读取了一次剩余库存，然后在事务回滚后又读取了一次剩余库存，仔细想想：B事务第一次读到的剩余库存是扣减之后的，第二次读到的剩余库存则是扣减之前的（因为A事务回滚又加回去了）。
在上述这个案例中，同一个事务中读取同一数据，结果却并不一致，也就说明了该数据存在不可重复读问题，这样说似乎有些绕，那再结合可重复读来一起理解： 可重复读的意思是：在同一事务中，不管读取多少次，读到的数据都是相同的。
结合上述可重复读的定义，再去理解不可重复读问题会容易很多，重点是理解可重复、不可重复这个词义，为了更形象化一点，举个生活中的案例：
一张卫生纸，我先拿去擦了一下桌子上的污水渍，然后又放回了原位，当我想上厕所再次拿起时，它已经无法使用了，这就代表着一张卫生纸是不可重复使用的。
一个大铁锤，我先拿去敲一下松掉的桌腿，然后放回了原位，当我又想敲一下墙上的钉子再次拿起时，这个大铁锤是没有发生任何变化的，可以再次用来敲钉子，这就代表大铁锤是可以重复使用的。
相信结合这两个栗子，更能让你明白可重复与不可重复的概念定义。
数据库的幻读问题
对于幻读的解释在网上也有很多资料，但大部分资料是这样描述幻读问题的：
幻读：指同一个事务内多次查询返回的结果集不一样。比如同一个事务
A，在第一次查询表的数据行数时，发现表中有n条行记录，但是第二次以同等条件查询时，却发现有n+1条记录，这就好像产生了幻觉。
这个说法实际上并不严谨，第一次读和第二次读同一数据，结果集并不相同，这其实属于一个不可重复读的问题，而并非幻读问题。那接下来举例说明一下什么叫做真正的幻读问题，先上图：
做过电商业务的小伙伴都清楚，一般用户购买商品后付的钱会先冻结在平台上，然后由平台在固定的时间内结算用户款，例如七天一结算、半月一结算等方式，在结算业务中通常都会涉及到核销处理，也就是将所有为「已签收状态」的订单改为「已核销状态」。
此时假设连接①/事务
A正在执行「半月结算」这个工作，那首先会读取订单表中所有状态为「已签收」的订单，并将其更改为「已核销」状态，然后将用户款打给商家。
但此时恰巧，某个用户的订单正好到了自动确认收货的时间，因此在事务A刚刚改完表中订单的状态时，事务B又向表中插入了一条「已签收状态」的订单并提交了，当事务A完成打款后，再次查询订单表，结果会发现表中还有一条「已签收状态」的订单数据未结算，这就好像产生了幻觉一样，这才是真正的幻读问题。
当然，这样讲似乎还不是那么令人理解，再举个更通俗易懂的栗子，假设此时平台要升级，用户表中的性别字段，原本是以「男、女」的形式保存数据，现在平台升级后要求改为「
0、1」代替。 因此事务A开始更改表中所有数据的性别字段，当负责执行事务A的线程正在更改最后一条表数据时，此时事务B来了，正好向用户表中插入了一条「性别=男」的数据并提交了，然后事务A改完原本的最后一条数据后，当再次去查询用户表时，结果会发现表中依旧还存在一条「性别=男」的数据，似乎又跟产生了幻觉一样。
经过上述这两个案例，大家应该能够理解真正的幻读问题，发生幻读问题的原因是在于：另外一个事务在第一个事务要处理的目标数据范围之内新增了数据，然后先于第一个事务提交造成的问题。
数据库脏写问题
其实除开三个读的问题外，还有有一个叫做脏写的问题，也就是多个事务一起操作同一条数据，例如两个事务同时向表中添加一条ID=88的数据，此时就会造成数据覆盖，或者主键冲突的问题，这个问题也被称之为更新丢失问题。
2.3.2、事务的四大隔离级别
在上面连续讲了脏读、不可重复读以及幻读三个问题，那这些问题该怎么解决呢？其实四个事务隔离级别，解决的实际问题就是这三个，因此一起来看看各级别分别解决了什么问题：
- ①读未提交：处于该隔离级别的数据库，脏读、不可重复读、幻读问题都有可能发生。
- ②读已提交：处于该隔离级别的数据库，解决了脏读问题，不可重复读、幻读问题依旧存在。
- ③可重复读：处于该隔离级别的数据库，解决了脏读、不可重复读问题，幻读问题依旧存在。
- ④序列化/串行化：处于该隔离级别的数据库，解决了脏读、不可重复读、幻读问题都不存在。
前面提到过，MySQL默认是处于第三级别的，可以通过如下命令查看目前数据库的隔离级别：
-- 查询方式①
SELECT @@tx_isolation;
-- 查询方式②
show variables like %tx_isolation%;
+---------------+-----------------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-----------------+
| tx_isolation | REPEATABLE-READ |
+---------------+-----------------+
复制代码
其实数据库不同的事务隔离级别，是基于不同类型、不同粒度的锁实现的，因此想要真正搞懂隔离机制，还需要弄明白MySQL的锁机制，事务与锁机制二者之间本身就是相辅相成的关系，锁就是为了解决并发事务的一些问题而存在的，但对于锁的内容在后续的《MySQL锁篇》再细聊，这里就简单概述一下。
这里先说明一点，事务是基于数据库连接的，数据库连接在《MySQL架构篇》中曾说过：数据库连接本身会有一条工作线程来维护，也就是说事务的执行本质上就是工作线程在执行，因此所谓的并发事务也就是指多条线程并发执行。
多线程其实是咱们的老朋友了，在之前的《并发编程系列》中，几乎将多线程的底裤都翻出来了，因此结合多线程角度来看，脏读、不可重复读、幻读这一系列问题，本质上就是一些线程安全问题，因此需要通过锁来解决，而根据锁的粒度、类型，又分出了不同的事务隔离级别。
读未提交级别
这种隔离级别是基于「写互斥锁」实现的，当一个事务开始写某一个数据时，另外一个事务也来操作同一个数据，此时为了防止出现问题则需要先获取锁资源，只有获取到锁的事务，才允许对数据进行写操作，同时获取到锁的事务具备排他性/互斥性，也就是其他线程无法再操作这个数据。
但虽然这个级别中，写同一数据时会互斥，但读操作却并不是互斥的，也就是当一个事务在写某个数据时，就算没有提交事务，其他事务来读取该数据时，也可以读到未提交的数据，因此就会导致脏读、不可重复读、幻读一系列问题出现。
但是由于在这个隔离级别中加了「写互斥锁」，因此不会存在多个事务同时操作同一数据的情况，因此这个级别中解决了前面说到的脏写问题。
读已提交级别
在这个隔离级别中，对于写操作同样会使用「写互斥锁」，也就是两个事务操作同一事务时，会出现排他性，而对于读操作则使用了一种名为MVCC多版本并发控制的技术处理，也就是有事务中的SQL需要读取当前事务正在操作的数据时，MVCC机制不会让另一个事务读取正在修改的数据，而是读取上一次提交的数据（也就是读原本的老数据）。
也就是在这个隔离级别中，基于同一条数据而言，对于写操作会具备排他性，对于读操作则只能读已提交事务的数据，不会读取正在操作但还未提交的事务数据，为了理解还是简单的说一下其过程，同样有两个事务
A、B。
事务A的主要工作是负责更新ID=1的这条数据，事务B中则是读取ID=1的这条数据。 此时当A正在更新数据但还未提交时，事务B开始读取数据，此时MVCC机制则会基于表数据的快照创建一个ReadView，然后读取原本表中上一次提交的老数据。然后等事务A提交之后，事务B再次读取数据，此时MVCC机制又会创建一个新的ReadView，然后读取到最新的已提交的数据，此时事务B中两次读到的数据并不一致，因此出现了不可重复读问题。
当然，对于MVCC