一文带你理解脏读,幻读,不可重复读与mysql的锁,事务隔离机制

Posted 2020-11-16

首先说一下数据库事务的四大特性

1 ACID

    事务的四大特性是ACID(不是"酸"....)

(1) A:原子性(Atomicity)

原子性指的是事务要么完全执行,要么完全不执行.

(2) C:一致性(Consistency)

事务完成时,数据必须处于一致的状态.若事务执行途中出错,会回滚到之前的事务没有执行前的状态,这样数据就处于一致的状态.若事务出错后没有回滚,部分修改的内容写入到了数据库中,这时数据就是不一致的状态.

(3) I:隔离性(Isolation)

同时处理多个事务时,一个事务的执行不能被另一个事务所干扰,事务的内部操作与其他并发事务隔离.

(4) D:持久性(Durability)

事务提交后,对数据的修改是永久性的.

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2 mysql的锁

Mysql的锁其实可以按很多种形式分类:

• 按加锁机制分,可分为乐观锁与悲观锁.
• 按兼容性来分,可分为X锁与S锁.
• 按锁粒度分,可分为表锁,行锁,页锁.
• 按锁模式分,可分为记录锁,gap锁,next-key锁,意向锁,插入意向锁.

这里主要讨论S锁,X锁,乐观锁与悲观锁.

(1) S锁与X锁

S锁与X锁是InnoDB引擎实现的两种标准行锁机制.查看默认引擎可使用

show variables like ‘%storage_engine%‘;

作者的mysql版本为8.0.17,结果如下:

先建好测试库与测试表,很简单,表就两个字段.

create database test;
use test;
create table a
(
id int primary key auto_increment,
money int
);

Ⅰ.S锁

S锁也叫共享锁,读锁,数据只能被读取不能被修改.

lock table a read;

然后.....

只能读不能改,删,也不能增.

Ⅱ.X锁

X锁也叫排他锁,写锁,一个事务对表加锁后,其他事务就不能对其进行加锁与增删查改操作.

设置手动提交,开启事务,上X锁.

set autocmmmit=0;
start transaction;
lock table a write;

在开启另一个事务,使用select语句.

set autocommit=0;
start transaction;
select * from a;

这里是阻塞select操作,因为一直都没释放X锁.

同样也不能再加锁,也是阻塞中.

回到原来那个加锁的事务,嗯,什么事也没有,正常读写.

释放锁后:

unlock table;

在另一个事务中可以看到中断时间.

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(2) 乐观锁与悲观锁

Ⅰ.乐观锁

乐观锁就是总是假设是最好的情况,每次去操作的时候都不会上锁,但在更新时会判断有没有其他操作去更新这个数据,是一种宽松的加锁机制.
mysql本身没有提供乐观锁的支持,需要自己来实现,常用的方法有版本控制和时间戳控制两种.

• 版本控制
  版本控制就是为表增加一个version字段,读取数据时连同这个version字段一起读出来,之后进行更新操作,版本号加1,再将提交的数据的版本号与数据库中的版本号进行比较,若提交的数据的版本号大于数据库中的版本号才会进行更新.

  举个例子,假设此时version=1,A进行操作,更新数据后version=2,与此同时B也进行操作,更新数据后version=2,A先完成操作,率先将数据库中的version设置为2,此时B提交,B的version与数据库中的version一样,不接受B的提交.

• 时间戳控制
  时间戳控制与版本控制差不多,把version字段改为timestamp字段

还有一种实现方法叫CAS算法,这个作者不怎么了解,有兴趣可以自行搜索.

Ⅱ.悲观锁

悲观锁就是总是假设最坏的情况,在整个数据处理状态中数据处于锁定状态,悲观锁的实现往往依靠数据库的锁机制.每次在拿到数据前都会上锁.
mysql在调用一些语句时会上悲观锁,如(先关闭自动提交,开启事务):

set autocommit=0;
start transaction;

两个事务都这样操作,然后其中一个事务输入:

select * from a where xxx for update;

在另一事务也这样输入:

这时语句会被阻塞,直到上锁的那个事务commit(解开悲观锁).


在另一事务中可以看到这个事务被阻塞了2.81s.

*** lock in share mode.

也会加上悲观锁.

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4 脏读,幻读,不可重复读与两类丢失更新

(1) 脏读

脏读是指一个事务读取到了另一事务未提交的数据,造成select前后数据不一致.

比如事务A修改了一些数据,但没有提交,此时事务B却读取了,这时事务B就形成了脏读,一般事务A的后续操作是回滚,事务B读取到了临时数值.

事务A	事务B
开始事务	开始事务
更新X,旧值X=1,新值X=2
?	读取X,X=2(脏读)
回滚X=1
结束事务(X=1)	结束事务

(2) 幻读

幻读是指并不是指同一个事务执行两次相同的select语句得到的结果不同,
而是指select时不存在某记录,但准备插入时发现此记录已存在,无法插入,这就产生了幻读.

事务A	事务B
开始事务	开始事务
select某个数据为空,准备插入一个新数据
?	插入一个新数据
?	提交,结束事务
插入数据,发现插入失败,由于事务B已插入相同数据	?
结束事务

(3) 不可重复读

不可重复读指一个事务读取到了另一事务已提交的数据,造成select前后数据不一致.
比如事务A修改了一些数据并且提交了,此时事务B却读取了,这时事务B就形成了不可重复读.

事务A	事务B
开始事务	开始事务
读取X=1	读取X=1
更新X=2
提交,结束事务
?	读取X=2
?	结束事务

(4) 第一类丢失更新

第一类丢失更新就是两个事务同时更新一个数据,一个事务更新完毕并提交后,另一个事务回滚,造成提交的更新丢失.

事务A	事务B
开始事务	开始事务
读取X=1	读取X=1
修改X=2	修改X=3
?	提交,结束事务
回滚
结束事务(X=1)	X=1,X本应为提交的3

(5) 第二类丢失更新

第二类丢失更新就是两个事务同时更新一个数据,先更新的事务提交的数据会被后更新的事务提交的数据覆盖,即先更新的事务提交的数据丢失.

事务A	事务B
开始事务	开始事务
读取X=1	读取X=1
更新X=2
提交事务,X=2,结束
?	更新X=3
?	提交事务,X=3,事务A的更新丢失,结束

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5 封锁协议与隔离级别

封锁协议就是在用X锁或S锁时制定的一些规则,比如锁的持续时间,锁的加锁时间等.不同的封锁协议对应不同的隔离级别.事务的隔离级别一共有4种,由低到高分别是Read uncommitted,Read committed,Repeatable read,Serializable,分别对应的相应的封锁协议等级.

(1) 一级封锁协议

一级封锁协议对应的是Read uncommitted隔离级别,Read uncommitted,读未提交,一个事务可以读取另一个事务未提交的数据,这是最低的级别.一级封锁协议本质上是在事务修改数据之前加上X锁,直到事务结束后才释放,事务结束包括正常结束(commit)与非正常结束(rollback).

一级封锁协议不会造成更新丢失,但可能引发脏读,幻读,不可重复读.
设置手动提交与事务隔离等级为read uncommited,并开启事务(注意要先设置事务等级再开启事务).

set autocommit=0;
set session transaction isolation level read uncommitted;
start transaction;

(中间有一行打多了一个t可以忽略.....)

a.引发脏读

在一个事务中修改表中的值,不提交,另一个事务可以select到未提交的值.


出现了脏读.

b.引发幻读

在一个事务中插入一条数据,提交.

另一事务中select时没有,准备insert,但是insert时却提示已经存在.引发幻读.

c.引发不可重复读

未操作提交前:

另一事务修改并提交:

再次读:

引发不可重复读.

(2) 二级封锁协议

二级封锁协议本质上在一级协议的基础上(在修改数据时加X锁),在读数据时加上S锁,读完后立即释放S锁,可以避免脏读.但有可能出现不可重复读与幻读.二级封锁协议对应的是Read committed与Repeatable Read隔离级别.
先设置隔离等级

set session transaction isolation level read committed;

Ⅰ.Read committed

Read committed,读提交,读提交可以避免脏读,但可能出现幻读与不可重复读.

a.避免脏读

开启一个事务并更新值,在这个事务中money=100(更新后)

另一事务中money为未更新前的值,这就避免了脏读.

注意,事实上脏读在read committed隔离级别下是不被允许的,但是mysql不会阻塞查询,而是返回未修改之前数据的备份,这种机制叫MVCC机制(多版本并发控制).

b.引发幻读

在一个事务中插入数据并提交.

另一事务中不能插入"不存在"的数据,出现幻读.

c.引发不可重复读

事务修改并提交前:

事务修改并提交:

出现不可重复读.

Ⅱ.Repeatable read

Repeatable read比Read committed严格一点,是Mysql的默认级别,读取过程更多地受到MVCC影响,可防止不可重复读与脏读,但仍有可能出现幻读.

a.避免脏读

在一个事务中修改数据,不提交.

另一事务中两次select的结果都不变,没有出现脏读.

b.避免不可重复读

一个事务修改数据并提交.

另一事务中select的结果没有发生改变,即没有出现不可重复读.

c.引发幻读

同理,一个事务插入一条数据并提交.

另一个事务插入时出现幻读.

(3) 三级封锁协议

三级封锁协议,在一级封锁协议的基础上(修改时加X锁),读数据时加上S锁(与二级类似),但是直到事务结束后才释放S锁,可以避免幻读,脏读与不可重复读.三级封锁协议对应的隔离级别是Serializable.
先设置Serializable隔离级别

set session transaction isolation level serializable

a.避免脏读

设置事务隔离等级后开启事务并update,发现堵塞.从而避免了脏读.

b.避免幻读

插入时直接阻塞,避免了幻读.

c.避免不可重复读

在脏读的例子中可以知道,update会被堵塞,都不能提交事务,因此也避免了不可重复读.

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6 两段锁协议

事务必须分为两个阶段对数据进行加锁与解锁,两端锁协议叫2PL(不是2PC),所有的加锁都在解锁之前进行.

(1) 加锁

加锁会在更新或者

select *** for update
*** lock in share mode

时进行

(2) 解锁

解锁在事务结束时进行,事务结束包括rollback与commit.

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7.最后

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参考链接
1:ACID1
2:ACID2
3:mysql的锁1
4:乐观锁与悲观锁1
5:乐观锁与悲观锁2
6:乐观锁与悲观锁3
7:mysql修改事务隔离等级
8:mysql三级封锁与二段锁
9:数据库封锁协议
10:mysql事务隔离机制1
11:mysql事务隔离机制2
12:mysql幻读
13:mysql脏读,不可重复读与幻读
14:mysql两段锁1
15:mysql两段锁2