SQLSERVER 的四个事务隔离级别到底怎么理解？

Posted 2023-02-04

一：背景

1. 讲故事

在有关SQLSERVER的各种参考资料中，经常会看到如下四种事务隔离级别。

• READ UNCOMMITTED
• READ COMMITTED
• SERIALIZABLE
• REPEATABLE READ

随之而来的是大量的文字解释，还会附带各种 脏读, 幻读, 不可重复读 常常会把初学者弄得晕头转向，其实事务的本质就是隔离，落地就需要锁机制，理解这四种隔离方式的花式加锁，应该就可以入门了，那如何可视化的观察 锁 过程呢？这里借助 SQL Profile 工具。

二：四种事务隔离方式

1. 测试数据准备

还是用上一篇创建的 post 表，脚本如下：

CREATE TABLE post(id INT IDENTITY,content char(4000))
GO

INSERT INTO dbo.post VALUES(\'aaa\')
INSERT INTO dbo.post VALUES(\'bbb\')
INSERT INTO dbo.post VALUES(\'ccc\');
INSERT INTO dbo.post VALUES(\'ddd\');
INSERT INTO dbo.post VALUES(\'eee\');
INSERT INTO dbo.post VALUES(\'fff\');

有了测试数据之后，我们按照隔离级别 高 -> 低 的顺序来观察吧。

2. SERIALIZABLE 事务

事务串行化 其实很好理解，如果要在 C# 中找对应那就是 ReaderWriterLock，读写事务是完全排斥的，接下来把 SQLSERVER 的隔离级别调整为 SERIALIZABLE。

SET TRAN ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE
GO

BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post WHERE id=3
COMMIT

打开 profile，选择 lock:Acquired, lock:Released，SQL:StmtStarting 选项，开启观察。

从图中可以清楚的看到，SQLSERVER 直接对 post 附加了 S 锁，在 COMMIT 之后才真正的释放，在 S 锁期间， Insert 和 Update 引发的 X 锁是进不来的，所以就会存在相互阻塞的情况，也许这就是串行化的由来吧。

sqlserver 是一个支持多用户并发的数据库程序，如果锁粒度这么粗，必定给并发带来非常大的负面影响，不过文章开头的那三个指标 脏读, 幻读, 不可重复读 肯定都是不会出现的。

2. REPEATABLE READ 事务

什么叫 可重复读 呢？简而言之就是同一个 select 查询执行二次，不会出现记录修改的情况，在真实场景中两次 select 查询期间，可能会有其他事务修改了记录，如果当前是 REPEATABLE READ 模式，这是被禁止的，接下来的问题是如何落地实现呢？我们来看看 SQLSERVER 是如何做到的，参考sql 如下：

SET TRAN ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
GO

BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post WHERE id=3
COMMIT

这个图可能有些朋友看不懂，我稍微解释一下吧，数据库由数据页Page组成，数据页由记录RID 组成，有了这个基础就好理解了, SQLSERVER 会在事务期间把 1:489:0 也就是 id=3 这个记录全程附加 S 锁，直到事务提交才释放 S 锁，在事务期间任何对它修改的 X 锁都无法对其变更，从而实现事务期间的 可重复读 功能，如果大家不明白可以再琢磨琢磨。

这里有一个细节需要大家注意一下，可重复读 的场景下会出现 幻读 的情况，幻读就是两次查询出的结果集可能会不一样，比如第一次是 3 条记录，第二次变成了 5 条记录，为了方便理解我来简单演示一下。

• 会话1

SET TRAN ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
GO

BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post WHERE id >3
WAITFOR DELAY \'00:00:05\'
SELECT * FROM dbo.post WHERE id >3
COMMIT

• 会话2

在会话1 执行的 5s 期间执行 会话2 语句。

BEGIN TRAN 
INSERT INTO dbo.post(content) VALUES (\'gggggg\')
COMMIT

稍等片刻之后，会发现多了一个 记录7 ，截图如下：

3. READ COMMITTED

提交读 是目前 SQLSERVER 默认的隔离级别，它是以不会出现 脏读 为唯一目标，何为脏读，简而言之就是读取到了别的事务未提交的修改数据，这个数据有可能会被其他事务在后续回滚掉，如果真的被其他事务 回滚 了，那你读到了这样的数据就是 错误 的数据，可能会给你的系统带来非常隐蔽的 bug，为了说明这个现象，我们用两个会话来测试一下帮助大家理解。

• 会话1

在这个会话中，将 id=3 的记录修改成 zzzzz

BEGIN TRAN 
UPDATE dbo.post SET content=\'zzzzz\' WHERE id=3
WAITFOR DELAY \'00:00:05\'
ROLLBACK

• 会话2

这个会话中，重复执行sql查询。

BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post WITH(NOLOCK) WHERE id =3   -- 脏读啦
WAITFOR DELAY \'00:00:05\'
SELECT * FROM dbo.post WITH(NOLOCK) WHERE id =3   -- 正确的数据
COMMIT

为了实现脏读这里加了 nolock 关键词，从图中明显的看到，获取的 zzzzz 数据是错误的，在一些和钱打交道的系统中是被严厉禁止的。

有了这些基础再理解 可提交读 可能会容易些，是不是很好奇 SQLSERVER 是如何实现的呢？ 参考 sql 如下：

SET TRAN ISOLATION LEVEL READ COMMITTED
GO

BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post  WHERE id =3  
COMMIT

从加锁流程看，SQLSERVER 会逐一扫描数据页附加 IS 锁，扫完马上就释放，不像前面那样保持到 COMMIT 之后，如果找到记录所在的 Page 时，会对下面的所有记录附加 S 锁，这个时候 X 锁就进不来了，这就是它的实现原理，大家可以把刚才的 脏读 的sql中的 nolock 去掉试试看，两次读取结果都是一样的。

4. READ UNCOMMITTED

本质上来说 READ UNCOMMITTED 和 nolock 的效果是一样的，会引发脏读现象，主要是因为 READ UNCOMMITTED 根本就不会对表记录使用任何锁，参考sql如下：

SET TRAN ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED
GO

BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post  WHERE id =3  
COMMIT

接下来观察 sqlprofile 的输出。

可以看到 READ UNCOMMITTED 只会对表和堆表结构这种架构附加锁，不会对表中记录附加任何锁，也就会引发 脏读 现象。

三：总结

其实 SQLSERVER 还有带版本的 SNAPSHOT 隔离级别，在真实场景中往往会给 TempDB 造成很大的压力，这里就不介绍了。

相信通过 Profile 观察到的加锁动态过程，会让大家有更深入的理解。