趣說數(shù)據(jù)庫事務(wù)隔離級別與原理
本文主要討論數(shù)據(jù)庫事務(wù)隔離級別與原理，接下來將會從以下四點展開討論：
- 事務(wù)隔離的概念
- 采用葫蘆娃例子幫助理解在沒有事務(wù)隔離時引發(fā)的臟讀、不可重復(fù)讀和幻讀
- 數(shù)據(jù)庫常見四種隔離級別
- “快照讀”概念
事務(wù)隔離的概念
任何支持事務(wù)的數(shù)據(jù)庫，都必須具備四個特性，分別是：
- 原子性(Atomicity)
- 一致性(Consistency)
- 隔離性(Isolation)
- 持久性(Durability)
以上四點也就是常說的事務(wù)ACID，數(shù)據(jù)庫具備以上特性才能保證事務(wù)(Transaction)中數(shù)據(jù)的正確性。而其中事務(wù)的隔離性指：事務(wù)間是相互獨立的，不會互相影響，既一個事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對并發(fā)的其他事務(wù)是隔離的。
沒有事務(wù)隔離會引發(fā)什么問題?
如果沒有事務(wù)隔離那么可能會出現(xiàn)臟讀、不可重復(fù)讀、幻讀等情況。
為了幫助及加深理解，我們采用熟悉的“葫蘆娃”作為例子。最先藤上有七個葫蘆，每當(dāng)有一個葫蘆娃誕生時，老爺爺就會將他的信息錄入數(shù)據(jù)庫表中，如下：
某一天，四娃誕生了。事務(wù)A(爺爺)訪問了數(shù)據(jù)庫，目的是往數(shù)據(jù)庫里添加新誕生葫蘆娃的信息，但是還沒有提交事務(wù)。
- insert into T values (4, '四娃','噴水');
這時，來了另一個事務(wù)B(蛇精)，她進(jìn)行了查詢操作，想查詢所有已誕生的葫蘆娃信息
- select * from T; //結(jié)果中出現(xiàn)了四娃的信息
這時，如果事務(wù)之間沒有有效隔離，那么 蛇精 查詢數(shù)據(jù)庫返回的結(jié)果中就會出現(xiàn) 四娃 的信息，這就是臟讀。
(1) 臟讀：指在自己的事務(wù)中讀到了別人未提交的數(shù)據(jù)
第二天，事務(wù)A(蛇精)一大早就查詢了數(shù)據(jù)庫中關(guān)于四娃的信息
- select * from T where ID = 4; //名稱：四娃 能力：噴水
這時，事務(wù)B(爺爺)來了，因為爺爺發(fā)現(xiàn)四娃其實是會噴火而不是噴水，所以更新一下將改了四娃的能力為噴火，然后提交了事務(wù)。
- update T set Ability= '噴火' where ID = 4;
接著，蛇精(事務(wù)A)還想再查看一次用于確認(rèn)四娃的信息，于是又執(zhí)行了
- select * from T where ID = 4;//名稱：四娃 能力：噴火
這時候她驚訝地發(fā)現(xiàn)兩次讀出來四娃的信息，能力竟然不相同!這就是不可重復(fù)讀。
(2) 不可重復(fù)讀：指在自己的事務(wù)中讀取兩次，前后的數(shù)據(jù)不一樣
第三天
事務(wù)A(蛇精)訪問了數(shù)據(jù)庫，她想要看看到底已經(jīng)誕生的葫蘆娃有哪些，于是她執(zhí)行了
- select * from T; //查出一共有四條葫蘆娃信息
這時候因為五娃誕生了，所以事務(wù)B(爺爺)打開了數(shù)據(jù)庫并將五娃的信息錄入
- insert into T values (5, '五','噴水');
這時候，事務(wù)A(蛇精)想要再查詢一次所有已誕生的葫蘆娃信息進(jìn)行確認(rèn)，于是又執(zhí)行了查詢
- select * from T; //查出一共有五條葫蘆娃信息
這個時候事務(wù)A(蛇精)可能就會蒙了，以為自己產(chǎn)生了幻覺。這種情況就叫“幻讀。
(3) 幻讀：指在自己的事務(wù)中兩個連續(xù)的查找之間一個并發(fā)的修改事務(wù)修改了查詢的數(shù)據(jù)集，導(dǎo)致這兩個查詢返回了不同的結(jié)果(注：不可重復(fù)讀與幻讀很相似，不可重復(fù)讀的重點是修改，而幻讀的重點在于新增或者刪除)
數(shù)據(jù)庫的隔離級別
想要避免以上的情況，我們可以通過設(shè)置數(shù)據(jù)庫的隔離級別(結(jié)合實際場景選擇最適合的級別)。一般數(shù)據(jù)庫都包括以下四種隔離級別：
- 讀未提交(Read Uncommitted)
- 讀提交(Read Committed)
- 可重復(fù)讀(Repeated Read)
- 串行化(Serializable)
這里以MySQL為例，在MySQL中事務(wù)隔離級別分為以下四級：
- 0級：TRANSACTION_READ_UNCOMMITTED 一切都可發(fā)生
- 1級：TRANSACTION_READ_COMMITTED--不可以發(fā)生臟讀，不可重復(fù)讀和幻讀可以發(fā)生
- 2級：TRANSACTION_REPEATABLE_READ--不可以發(fā)生臟讀和重復(fù)讀，可以發(fā)生幻讀
- 3級：TRANSACTION_SERIALIZABLE --都不可發(fā)生
(1) 讀未提交(TRANSACTION_READ_UNCOMMITTED)
讀未提交，指可以讀到未提交的內(nèi)容。因為這種隔離級別下查詢是不會加鎖的，所以可能會產(chǎn)生“臟讀”、“不可重復(fù)讀”、“幻讀”。在實際開發(fā)中如無特殊情況基本是不會使用該隔離級別的。
(2) 讀提交(TRANSACTION_READ_COMMITTED)
讀提交，指只能讀到已經(jīng)提交了的內(nèi)容。這是最常用的一種隔離級別也是Oracle和SQLServer的默認(rèn)級別，該級別可以有效地避免臟讀。(注意：除非顯示加鎖如共享鎖、排他鎖，否則查詢是默認(rèn)不加鎖的。而區(qū)別于“讀未提交”，“讀提交”可避免臟讀的原因是采用了 “快照讀”)
(3) 可重復(fù)讀(TRANSACTION_REPEATABLE_READ)
可重復(fù)讀，該級別可以有效的避免“不可重復(fù)讀”，也是MySQL數(shù)據(jù)庫innodb默認(rèn)的級別。在這個級別下，普通的查詢同樣是使用的“快照讀”，但是，和“讀提交”不同的是，當(dāng)事務(wù)啟動時就不允許進(jìn)行Update操作，而“不可重復(fù)讀”是因為兩次讀取之間進(jìn)行了數(shù)據(jù)的修改所導(dǎo)致的。因此“可重復(fù)讀”能夠有效的避免“不可重復(fù)讀”，但卻避免不了“幻讀”，因為幻讀是由于“插入或者刪除操作”而產(chǎn)生的。
(4) 串行化(TRANSACTION_SERIALIZABLE)
串行化是數(shù)據(jù)庫最高的隔離級別，這種級別下事務(wù)串行化一個一個排隊順序執(zhí)行，可避免臟讀、不可重復(fù)讀、幻讀。安全性高相應(yīng)的執(zhí)行效率低，性能開銷也最大，在實際開發(fā)中比較少用。
快照讀
數(shù)據(jù)庫讀分為：一致非鎖定讀、鎖定讀，上面提到“快照讀”也就是非鎖定讀?？珊唵卫斫鉃閳?zhí)行SELECT語句的時候會生成一個快照。
注意：不同事務(wù)隔離級別下，快照讀是存在區(qū)別的：
- READ COMMITTED 隔離級別下，事務(wù)中每次讀取都會重新生成一個快照，所以每次快照都是最新的。因此事務(wù)中每次執(zhí)行SELECT也可以看到其它已commit事務(wù)所作的更改，因為讀取的是快照所以有效地避免了臟讀的情況。而假設(shè)如果沒有“快照讀(一致非鎖定讀)”使用的是“鎖定讀”，那么當(dāng)一個更新的事務(wù)沒有提交時，另一個對更新數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢的事務(wù)會因為無法查詢而被阻塞，這種情況下并發(fā)能力及效率相對比較差。
- REPEATED READ 隔離級別下，快照會在事務(wù)中第一次SELECT語句執(zhí)行時生成，只有在本事務(wù)中對數(shù)據(jù)進(jìn)行更改Update才會更新快照，因此，只有第一次SELECT之前其它已提交事務(wù)所作的更改可以看到。
總結(jié)
事務(wù)的隔離性指：事務(wù)間是相互獨立的，不會互相影響，既一個事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對并發(fā)的其他事務(wù)是隔離的。當(dāng)沒有進(jìn)行事務(wù)隔離時可能會出現(xiàn)臟讀、幻讀、不可重復(fù)讀等情況。通過結(jié)合實際情況設(shè)置合理的隔離級別可以有效地避免以上問題。
數(shù)據(jù)庫中常見的四個隔離級別：讀未提交、讀提交、可重復(fù)讀和串行化，其中讀提交在實際開發(fā)中是比較常用的。而在其中引出了一個“讀快照”的概念，要注意的是不同隔離級別下“讀快照”是存在區(qū)別的，通過使用“讀快照”使得在發(fā)生并發(fā)操作時效率有所提升。
