数据库事务：ACID + 读取/更新问题

Posted 2021-04-21 Java技术博文

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1. 数据库事务是什么？

   1.1. 原子性

   1.2. 一致性

   1.3. 隔离性

   1.4. 持久性

2. 并发事务的读取问题

   2.1. 脏读

   2.2. 不可重复读

   2.3. 幻读

   2.4. 不可重复读和幻读的区别

3. 并发事务的更新问题

   3.1. 第一类丢失更新

   3.2. 第二类丢失更新

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1、数据库事务是什么？

数据库事务是个泾渭分明的概念。要么是黑，要么是白，中间没有灰色地带。一系列操作要么全部执行成功，要么全不执行，一荣俱荣一损俱损。

我们可以从总体上像上面那样把握这个概念，但具体到理论层面，需要满足以下四个特性，才称得上一个事务。

1.1 原子性

我们知道一个事务含有>=1条的数据库操作语句，而这些操作是一个原子操作，原子是不可再分的，也就是说，这些操作要么全部执行成功；要么由于其中的某条操作失败，而把之前的操作全部回滚，也就相当于没有执行，让数据库返回到了事务执行前的状态。不会出现只执行了事务中的部分数据库操作，而其他的没有执行这种情况。

1.2 一致性

事务操作完成后，数据库所处的状态和它的业务规则是一致的，即数据不会被破坏。可以简单地理解为能量守恒。比如银行存了A客户100元，B客户100元，A客户和B客户总共在银行存了100（A）+ 100( B) = 200 元。如果A客户向B客户转了50元，那么A客户在银行的存款变为100（A） -  50 = 50元；B客户在银行的存款变为100（B） +  50 = 150元。总金额还是50（A） + 150（B） = 200元。这个总金额200就是业务规则，事务操作完成后，业务规则保持一致。

 

1.3 隔离性

隔离性是相对于并发执行的多个事务而言的。多个事务并发操作，相互之间不会对对方产生干扰。要做到完全没干扰，只能串行地执行各个并发的事务，效率会很低，实际应用中，使用完全没干扰的场景很少。所以数据库会给出了事务的隔离级别，客户可以根据实际需要灵活地选择。

1.4 持久性

一旦事务提交成功以后，事务中的所有数据库操作都应该被持久化到数据库中。即使在事务刚提交成功，数据库就崩溃了，在数据库重启之后，也能通过某种机制恢复数据。

像开闭原则是所有原则的根本一样，一致性是事务的最终目标，其他的都是措施、要求。上面提到了数据库能够通过某种机制恢复数据，这种机制的原理大致如下：我们对数据库做操作时，数据库管理系统里有个重执行日志，这个日志记录了每一个数据库变化对应的操作。如果在执行数据库事务的过程中，某条语句发生了错误，数据库可以根据重执行日志，回滚之前的操作；如果事务提交后，但还没有完成持久化，数据库崩溃了，在重启时，数据库也可以根据重执行日志，执行对尚未持久化的操作。

2. 并发事务的读取问题

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一个事务对数据进行读操作，而另一个事务对数据进行修改或增加操作，会出现哪些问题？

2.1  脏读

A事务读取了B事务尚未提交的更改数据，并基于读取到的数据做了操作，如果B事务回滚了操作，那么A事务读取到的数据就不会被承认，也就是脏读。

时间	转账事务A	取款事务B
T1		开始事务
T2	开始事务
T3		查询账户余额为1000元
T4		取出500元把余额改为500元
T5	查询账户余额为500元（脏读）
T6		撤销事务余额恢复为1000元
T7	汇入100元把余额改为600元
T8	提交事务

在上面的例子中，事务Ａ在T5时刻，读取到了事务B更改后但尚未提交的数据500，并基于500做操作。之后事务B撤销了操作，但事务A已经感知不到这个操作，在T7时刻还是基于500做操作，导致最后损失500元。

2.2 不可重复读

现象是A事务读取B事务的同一条数据，并且读取次数>=2，而每次读取的结果都不一样。产生原因是A事务已经读取了一次数据，之后又读取了B事务已经提交的更改数据。

时间	取款事务A	转账事务B
T1		开始事务
T2	开始事务
T3		查询账户余额为1000元
T4	查询账户余额为1000元
T5		取出100元把余额改为900元
T6		提交事务
T7	查询账户余额为900元（和T4读取的不一致）

上例中，事务A在T4时刻读取了账户余额，在T5时刻事务B更改了余额，并在T6时刻提交了事务，在T7时刻事务A再次读取余额，发现和T4时刻的余额数据不一致。

2.3 幻读

A事务读取了B事务提交的新增数据，导致幻读。

时间	统计金额事务A	转账事务B
T1		开始事务
T2	开始事务
T3	统计总存款数为10000元
T4		新增一个存款账户，存款为100元
T5		提交事务
T6	再次统计总存款数为10100元（幻象读）

事务A在T3时刻读取了存款总数，在T4时刻，事务B新增了一个存款账户，并在T5时刻提交了事务，那么在T6时刻，事务A读取存款总额时就会出现幻读。

2.4 不可重复读和幻读的区别

不可重复读，强调的是A事务读取了B事务已经提交的更改数据，重点在update和delete，注意是更改数据，不是新增的数据，而幻读强调的是A事务读取了B事务已经提交的新增数据，重点在insert。避免不可重复读，加行级锁即可，避免幻读则需要加表级锁。

3. 并发事务的更新问题

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上面讲了一个事务在读数据，另一个事务在修改或增加数据会出现的问题，那两个事务都在更新数据会出现什么问题呢？

3.1. 第一类丢失更新

回滚丢失（lostupdate）：A事务撤销时，把已经提交的B事务的更新数据覆盖了。这种错误可能造成很严重的问题。标准定义的所有隔离界别都不允许第一类丢失更新发生。

时间	取款事务A	转账事务B
T1	开始事务
T2		开始事务
T3	查询账户余额为1000元
T4		查询账户余额为1000元
T5		汇入100元把余额改为1100元
T6		提交事务
T7	取出100元把余额改为900元
T8	撤销事务
T9	余额恢复为1000 元（丢失更新）

3.2. 第二类丢失更新

覆盖丢失（两次更新问题）：A事务覆盖B事务已经提交的数据，导致B事务所做的操作丢失。

时间	转账事务A	取款事务B
T1		开始事务
T2	开始事务
T3		查询账户余额为1000元
T4	查询账户余额为1000元
T5		取出100元把余额改为900元
T6		提交事务
T7	汇入100元
T8	提交事务
T9	把余额改为1100 元（丢失更新）