MySQL事务ACID特性与隔离级别详解(含白话解释)

事物的基本概念

事务: 一组逻辑操作单元,使数据从一种状态变换到另一种状态。

事务处理的原则: 保证所有事务都作为 一个工作单元 来执行,即使出现了故障,都不能改变这种执行方式。当在一个事务中执行多个操作时,要么所有的事务都被提交( commit ),那么这些修改就 永久 地保存下来;要么数据库管理系统将 放弃 所作的所有 修改 ,整个事务回滚( rollback )到最初状态。

事务的ACID特性

原子性(atomicity):

原子性是指事务是一个不可分割的工作单位,要么全部提交,要么全部失败回滚。

一致性(consistency):

根据定义,一致性是指事务执行前后,数据从一个 合法性状态 变换到另外一个 合法性状态 。这种状态是 语义上 的而不是语法上的,跟具体的业务有关。

那什么是合法的数据状态呢?满足预定的约束 的状态就叫做合法的状态。通俗一点,这状态是由你自己来定义的(比如满足现实世界中的约束)。满足这个状态,数据就是一致的,不满足这个状态,数据就是不一致的!如果事务中的某个操作失败了,系统就会自动撤销当前正在执行的事务,返回到事务操作之前的状态。

隔离性(isolation):

事务的隔离性是指一个事务的执行不能被其他事务干扰 ,即一个事务内部的操作及使用的数据对并发的其他事务是隔离的,并发执行的各个事务之间不能互相干扰。

如果无法保证隔离性会怎么样?假设A账户有200元,B账户0元。A账户往B账户转账两次,每次金额为50元,分别在两个事务中执行。如果无法保证隔离性,会出现下面的情形:

UPDATE accounts SET money = money - 50 WHERE NAME = 'AA';
UPDATE accounts SET money = money + 50 WHERE NAME = 'BB';

image-1670676547085

持久性(durability):

持久性是指一个事务一旦被提交,它对数据库中数据的改变就是永久性的 ,接下来的其他操作和数据库故障不应该对其有任何影响。

持久性是通过事务日志来保证的。日志包括了重做日志回滚日志 。当我们通过事务对数据进行修改的时候,首先会将数据库的变化信息记录到重做日志中,然后再对数据库中对应的行进行修改。这样做的好处是,即使数据库系统崩溃,数据库重启后也能找到没有更新到数据库系统中的重做日志,重新执行,从而使事务具有持久性。

事务的状态

我们现在知道事务是一个抽象的概念,它其实对应着一个或多个数据库操作,MySQL根据这些操作所执行的不同阶段把 事务 大致划分成几个状态:

活动的(active)

事务对应的数据库操作正在执行过程中时,我们就说该事务处在活动的状态。

部分提交的(partially committed)

当事务中的最后一个操作执行完成,但由于操作都在内存中执行,所造成的影响 并没有刷新到磁盘时,我们就说该事务处在 部分提交的 状态。

失败的(failed)

当事务处在 活动的 或者 部分提交的 状态时,可能遇到了某些错误(数据库自身的错误、操作系统错误或者直接断电等)而无法继续执行,或者人为的停止当前事务的执行,我们就说该事务处在** 失败的** 状态。
UPDATE accounts SET money = money - 50 WHERE NAME = ‘AA’;
UPDATE accounts SET money = money + 50 WHERE NAME = ‘BB’;

中止的(aborted)

如果事务执行了一部分而变为 失败的 状态,那么就需要把已经修改的事务中的操作还原到事务执行前的状态。换句话说,就是要撤销失败事务对当前数据库造成的影响。我们把这个撤销的过程称之为 回滚 。当 回滚 操作执行完毕时,也就是数据库恢复到了执行事务之前的状态,我们就说该事务处在了 中止的 状态。

提交的(committed)

当一个处在 部分提交的 状态的事务将修改过的数据都 同步到磁盘 上之后,我们就可以说该事务处在了 提交的 状态。

一个基本的状态转换图如下所示:

image-1670676859029

事务隔离级别

MySQL是一个 客户端/服务器 架构的软件,对于同一个服务器来说,可以有若干个客户端与之连接,每个客户端与服务器连接上之后,就可以称为一个会话( Session )。每个客户端都可以在自己的会话中向服务器发出请求语句,一个请求语句可能是某个事务的一部分,也就是对于服务器来说可能同时处理多个事务。事务有 隔离性 的特性,理论上在某个事务 对某个数据进行访问 时,其他事务应该进行 排队 ,当该事务提交之后,其他事务才可以继续访问这个数据。但是这样对 性能影响太大 ,我们既想保持事务的隔离性,又想让服务器在处理访问同一数据的多个事务时 性能尽量高些 ,那就看二者如何权衡取舍了。

数据并发问题

针对事务的隔离性和并发性,我们怎么做取舍呢?先看一下访问相同数据的事务在 不保证串行执行 (也就是执行完一个再执行另一个)的情况下可能会出现哪些问题:

下文对照数据

mysql> select * from student;
+-----------+--------+-------+
| studentno | name | class |
+-----------+--------+-------+
| 1 | 小谷 | 1|
+-----------+--------+-------+
1 row in set (0.00 sec)

脏写( Dirty Write )

对于两个事务 Session A、Session B,如果事务Session A 修改了 另一个 未提交 事务Session B 修改过 的数据,那就意味着发生了 脏写。

白话: 操作了一个会被回滚的数据

脏读( Dirty Read )

对于两个事务 Session A、Session B,Session A 读取 了已经被 Session B 更新 但还 没有被提交 的字段。之后若 Session B 回滚 ,Session A 读取 的内容就是 临时且无效 的。Session A和Session B各开启了一个事务,Session B中的事务先将studentno列为1的记录的name列更新为’张三’,然后Session A中的事务再去查询这条studentno为1的记录,如果读到列name的值为’张三’,而Session B中的事务稍后进行了回滚,那么Session A中的事务相当于读到了一个不存在的数据,这种现象就称之为 脏读

白话: 读到了一个会被回滚的数据

不可重复读( Non-Repeatable Read )

对于两个事务Session A、Session B,Session A 读取 了一个字段,然后 Session B 更新 了该字段。 之后Session A 再次读取同一个字段, 值就不同 了。那就意味着发生了不可重复读。
我们在Session B中提交了几个 隐式事务 (注意是隐式事务,意味着语句结束事务就提交了),这些事务都修改了studentno列为1的记录的列name的值,每次事务提交之后,如果Session A中的事务都可以查看到最新的值,这种现象也被称之为 不可重复读 。

白话: 无法做到在一个事务中每一次读取的数据都一样,即不可重复读,也就是不可以重复读的意思

幻读( Phantom )

对于两个事务Session A、Session B, Session A 从一个表中 读取 了一个字段, 然后 Session B 在该表中 插入 了一些新的行。 之后, 如果 Session A 再次读取同一个表, 就会多出几行。那就意味着发生了幻读

Session A中的事务先根据条件 studentno > 0这个条件查询表student,得到了name列值为’张三’的记录;之后Session B中提交了一个 隐式事务 ,该事务向表student中插入了一条新记录;之后Session A中的事务再根据相同的条件studentno > 0查询表student,得到的结果集中包含Session B中的事务新插入的那条记录,这种现象也被称之为 幻读 。我们把新插入的那些记录称之为 幻影记录

白话: 意思就是在查询某个范围时,别的事物插入了一条新的数据被获取到了,这种现象就成为幻读,幻读也是大家都能接受的情况

以上四种问题,从严重程度从高到低排序为:

脏写 > 脏读 > 不可重复读 > 幻读

SQL中的四种隔离级别

我们愿意舍弃一部分隔离性来换取一部分性能在这里就体现在:设立一些隔离级别,隔离级别越低,并发问题发生的就越多。 SQL标准 中设立了4个 隔离级别

READ UNCOMMITTED :读未提交

在该隔离级别,所有事务都可以看到其他未提交事务的执行结果。不能避免脏读、不可重复读、幻读。

READ COMMITTED :读已提交

它满足了隔离的简单定义:一个事务只能看见已经提交事务所做的改变。这是大多数数据库系统(比如oracle)的默认隔离级别(但不是MySQL默认的)。可以避免脏读,但不可重复读、幻读问题仍然存在。

REPEATABLE READ :可重复读

事务A在读到一条数据之后,此时事务B对该数据进行了修改并提交,那么事务A再读该数据,读到的还是原来的内容。可以避免脏读、不可重复读,但幻读问题仍然存在。这是MySQL的默认隔离级别

SERIALIZABLE :串行化

确保事务可以从一个表中读取相同的行。在这个事务持续期间,禁止其他事务对该表执行插入、更新和删除操作(加锁)。所有的并发问题都可以避免,但性能十分低下。能避免脏读、不可重复读和幻读。

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