ⓂMySQLMySQL三种并发问题以及四种隔离级别

Posted 2023-05-16 百里浅暮

并发读：脏读、不可重复读、幻读

如果不对事务进行隔离性的保障，则在多个事务并发进行时，可能出现：脏读、不可重复读、幻读。

脏读

一个事务处理过程中，读取了另一个事务还未提交的数据。

举例：

1. money = 0.
2. 事务A、B开启。
3. 事务A将money修改为100，但还未提交。
4. 事务B执行money = money + 100，将money修改为200。
5. 事务A回滚，事务B提交。
6. 异常：经过一次自增100的操作，money却增加了200。

重点：针对还未提交的数据。

不可重复读

一个事务处理过程中，对同一数据的多次查询得到不同的结果，这是由于另一个事务在多次查询间隔修改了这个数据。

举例：

1. money = 0。
2. 事务A、B开启。
3. 事务B第一次读取money = 0。
4. 事务A修改money为100，然后提交。
5. 事务B第二次读取money = 100。
6. 异常：在同一个事务中，对money的两次读取，结果不同。

重点：针对被修改且已提交的数据。

幻读

一个事务处理过程中，读取了另一个事务新增加或删除的数据。

举例：

1. 表中共计10条记录。
2. 事务A、B开启。
3. 事务B第一次count，获悉count(id) = 10。
4. 事务A新增了2条记录，删除了一条记录，然后提交。
5. 事务B第二次count，获悉count(id) = 11。
6. 异常：在同一个事务中，对表中数据总条数的两次统计，结果不同。

重点：针对新增删且已提交数据。

四种隔离级别

MySQL提供了四种事务隔离级别，从低到高依次是：读未提交、读已提交、可重复读、串行化。

读未提交Read Uncommitted

简单理解：一个事务可以读取Read到其他事务未提交Uncommitted的数据。

解决的并发事务问题：最低级别，无法解决任何问题。

未解决的并发事务问题：脏读、不可重复读、幻读。

读已提交 Read Committed

简单理解：一个事务需要读取Read到其他事务已经提交Committed的数据。

解决的并发事务问题：因为已提交的保证，能够避免脏读的出现。

未解决的并发事务问题：不可重复读、幻读。

可重复读Repeatable Read

简单理解：一个事务能够对同一记录进行重复性的Repeatable读取Read，多次读取结果一致。

解决的并发事务问题：不可重复读、脏读。

未解决的并发事务问题：幻读

特别：MySQL的默认事务隔离级别。

串行化Serializable

简单理解：多个事务以串行化Serializable的方式运行，自然不会产生并发事务问题。

解决的并发事务问题：幻读、不可重复读、脏读。

特别：效率特别低。

三种并发读与四种事务隔离级别的总结

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
读未提交	未解决	未解决	未解决
读已提交	解决	未解决	未解决
可重复读	解决	解决	未解决
串行化	解决	解决	解决

隔离级别的查看与设置

-- 查看
select @@tx_isolation;
-- 设置
set tx_isolation=\'read-committed\';

 

MySQL隔离级别的实现

虽然平时已经很少使用MySQL了，但是数据库作为基本技能仍然不能忘，最近在学习数据库隔离级别，在此写下个人理解以备复习。

大家都知道数据库事务ACID（原子性、一致性、隔离性和持久性）的四个特征，也知道数据库存在三种并发问题（脏读、不可重复读、幻读），以及针对性的四种隔离级别（读未提交、读已提交、可重复读、序列化）。

解决与否	脏读	不可重复读	幻读
读未提交	Yes	Yes	Yes
读已提交	No	Yes	Yes
可重复读	No	No	Yes
串行化	No	No	No

 

 

 

 

 

 

特别提醒一句，隔离级别作用在连接（或会话）级别。客户端每次连接数据库的时候，都要根据自己对一致性的需求程度合理设置自己的事务隔离级别。

那么问题来了，MySQL底层是采用何种技术来实现这四种隔离级别的呢？

读未提交

MySQL全表的数据存储在以主键为排序值的B+树索引中，叶子节点存储了相应主键的整行记录。需要指出的是，叶子节点的数据都是最新的数据，可能是事务提交后的一致状态，也可能是事务执行中的中间值（可能被回滚）。

当隔离级别设置为RU时：

• 所有的读不加锁，读到的都是叶子节点上最新的值，性能最好。
• 所有的写（更新、插入、删除）加行级排斥锁，不存在脏写的问题，写完就释放锁。

读已提交

当隔离级别是RC和RR时，就要谈到大名鼎鼎的MVCC（多版本控制） 技术。通过在每行加入若干隐藏的字段，它实现了不加锁的读操作，性能较好。

• 先说RC级别的写操作，MySQL依然加行级排斥锁。事务开始时会往UNDO日志中写入当前的有效记录值，B+树叶子节点的隐藏列DATA_ROLL_PTR会存储指向该UNDO记录的指针。顺着行的DATA_ROLL_PTR的指针形成一个链表，记录该行数据的有效的历史记录。
• 再说不加锁的读操作，如果叶子节点正被其他事务锁定，那么MySQL顺着叶子节点的DATA_ROLL_PTR指针找到上一个有效的历史记录即可。

可重复读

在事务开始的时候，除了正常往UNDO日志中写回滚的数据外，会创建一个ReadView，记录了当前活跃的其他事务的ID，其中最小值为Tmin，最大值为Tmax。

当执行SELECT操作时，MySQL顺着行记录的DATA_ROLL_PTR指针查找符合条件的历史版本。这里就用到了另一个隐藏列DATA_TRX_ID，其中存储的是更新该记录的事务ID（事务ID是全局递增且唯一的）。如果DELETE_BIT为1，则代表ID为DATA_TRX_ID的事务对当前行执行了删除。

扫描历史版本串成的链表的过滤条件是：

1. 如果当前记录的DATA_TRX_ID小于Tmin（之前存在的数据），那么由DELETE_BIT决定是否可见；否则，转2。
2. 如果当前记录的DATA_TRX_ID小于Tmax，且不在活跃的事务ID集合中，那么由DELETE_BIT决定是否可见视为可见；否则，转3。
3. 否则视为不可见，顺着DATA_ROLL_PTR进入上一个历史版本，或因为到头而结束回溯。

因为插入的数据版本号要么在活跃事务ID集合内、要么大于当前事务ID，所以MVCC机制同时解决了幻读问题。

需要指出的是，以上三个隔离级别中的读均为普通的SELECT。如果用的是SELECT ... LOCK IN SHARE MODE或SELCT ... FOR UPDATE，均属于当前读。即加写锁，读叶子节点最新值，如果更早的事务改了行值，依然会存在不可重复读的情况。

在RR级别下，如果WHERE的条件列上有唯一索引，那么MySQL只加行级锁；如果是普通索引，会加间隙锁来防止幻读；如果没有索引，就会采用表锁，大大降低并发写的能力。

串行化

读写均加表级的读写锁即可，直接读主键索引B+树的叶子节点的最新数据。该级别下，数据一致性很强，但是并发写的能力非常差。