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MySql學習筆記之事務隔離級別詳解

背景

說的事務，大家應該都不陌生，開發用到 MySql 數據庫的時候，通常會用到事務。其中比較經典的例子就是轉賬，比如你要給小明轉 50 塊錢，而此時你的銀行卡也就只有 50 塊錢。

對于轉賬過程在代碼程序里會有一系列的操作，比如查詢賬戶余額、余額加減、更新余額等，這些操作必須保證是一起處理的，不然等程序查完之后，如果賬號 50 塊錢還在，然后再給另外一個朋友轉賬，如果銀行也處理的話，沒有保證整個流程數據一致性的話，這不就亂套了嗎？這時就要用到“事務”了。

事務介紹

簡單來說，事務就是要保證一組數據庫操作，要么全部執行成功，要么全部都失敗。在 MySQL 中，事務支持是在引擎層（InnoDB）實現的。我們知道，MySQL 是一個支持多引擎的系統，但并不是所有的引擎都支持事務。比如 MySQL 原生的 MyISAM 引擎就不支持事務，這也是 MyISAM 被 InnoDB 取代的重要原因之一。

在這篇文章里，將會以 InnoDB 為例，說說 MySQL 在事務支持方面的一些實現，并基于原理給出相應的實踐建議，通過這些說明，可以加深對 MySQL 事務原理的理解。

事務的隔離級別

提到事務，你肯定會想到 ACID（Atomicity、Consistency、Isolation、Durability，即原子性、一致性、隔離性、持久性），下面我們就來說說其中 I，也就是“隔離性”。

當數據庫上有多個事務同時執行的時候，就可能出現臟讀（dirty read）、不可重復讀（non-repeatable read）、幻讀（phantom read）的問題，為了解決這些問題，就有了“隔離級別”的概念。

在談隔離級別之前，你首先要知道，你隔離得越嚴實，效率就會越低。因此很多時候，我們都要在二者之間尋找一個平衡點。SQL 標準的事務隔離級別包括：讀未提交（readuncommitted）、讀提交（read committed）、可重復讀（repeatable read）和串行化（serializable ）。下面逐一為你解釋：

讀未提交是指，一個事務還沒提交時，它做的變更就能被別的事務看到。
讀提交是指，一個事務提交之后，它做的變更才會被其他事務看到。
可重復讀是指，一個事務執行過程中看到的數據，總是跟這個事務在啟動時看到的數據是一致的。當然在可重復讀隔離級別下，未提交變更對其他事務也是不可見的。
串行化，顧名思義是對于同一行記錄，“寫”會加“寫鎖”，“讀”會加“讀鎖”。當出現讀寫鎖沖突的時候，后訪問的事務必須等前一個事務執行完成，才能繼續執行。

其中“讀提交”和“可重復讀”比較難理解，所以打算用一個例子說明這幾種隔離級別。假設數據表 t_student 中只有一列，其中一行的值為 21，下面是按照時間順序執行兩個事務的行為。

mysql> create table t_student(age int) engine=InnoDB;
mysql> insert into t_student(age) values(21);

在不同的隔離級別下，事務 A 會有哪些不同的返回結果，也就是圖中 V1、V2、V3 的返回值分別是什么。若隔離級別是“讀未提交”，則 V1 的值就是 22。這時候事務 B 雖然還沒有提交，但是結果對于 A 來說是可見的。因此，V2、V3 也都是 22。

若隔離級別是“讀提交”，則 V1 是 21，V2 的值是 22。事務 B 的更新在提交后對 A 才是可見的。所以， V3 的值也是 22。

若隔離級別是“可重復讀”，則 V1、V2 是 21，V3 是 22。之所以 V2 還是 21，遵循的就是這個原則：事務在執行期間看到的數據前后必須是一致的。

若隔離級別是“串行化”，則在事務 B 執行“將 21 改成 22”的時候，會被鎖住。直到事務 A 提交后，事務 B 才可以繼續執行。所以從 A 的角度看， V1、V2 值是 21，V3 的值是 22。

在實現上，數據庫里面會創建一個視圖，訪問的時候以視圖的邏輯結果為準。在“可重復讀”隔離級別下，這個視圖是在事務啟動時創建的，整個事務存在期間都用這個視圖。

在“讀提交”隔離級別下，這個視圖是在每個 SQL 語句開始執行的時候創建的。這里需要注意的是，“讀未提交”隔離級別下直接返回記錄上的最新值，沒有視圖概念；而“串行化”隔離級別下直接用加鎖的方式來避免并行訪問。

可以看到在不同的隔離級別下，數據庫行為是有所不同的。Oracle 數據庫的默認隔離級別其實就是“讀提交”，因此對于一些從 Oracle 遷移到 MySQL 的應用，為保證數據庫隔離級別的一致，你一定要記得將 MySQL 的隔離級別設置為“讀提交”。

配置的方式是，將啟動參數 transaction-isolation 的值設置成 READ-COMMITTED。你可以用 showvariables 來查看當前的值。

mysql> show variables like 'transaction_isolation';

總的來說，存在即合理，哪個隔離級別都有它自己的使用場景，要根據自己的業務情況來定。有些人可能會問那什么時候需要“可重復讀”的場景呢？我們來看一個數據校對邏輯的案例。

假設你在管理一個銀行賬戶表，一個表存了每個月月底的余額，一個表存了賬單明細。這時候你要做數據校對，也就是判斷上個月的余額和當前余額的差額，是否與本月的賬單明細一致。你一定希望在校對過程中，即使有用戶發生了一筆新的交易，也不影響你的校對結果。這時候使用“可重復讀”隔離級別就很方便。事務啟動時的視圖可以認為是靜態的，不受其他事務更新的影響。

事務隔離的實現

理解了事務的隔離級別，我們再來看看事務隔離具體是怎么實現的。這里我們展開說明“可重復讀”。在 MySQL 中，實際上每條記錄在更新的時候都會同時記錄一條回滾操作。記錄上的最新值，通過回滾操作，都可以得到前一個狀態的值。

假設一個值從 1 被按順序改成了 2、3、4，在回滾日志（undo log）里面就會有類似下面的記錄：

當前值是 4，但是在查詢這條記錄的時候，不同時刻啟動的事務會有不同的 read-view。如圖中看到的，在視圖 A、B、C 里面，這一個記錄的值分別是 1、2、4，同一條記錄在系統中可以存在多個版本，就是數據庫的多版本并發控制（MVCC）。對于 read-view A，要得到 1，就必須將當前值依次執行圖中所有的回滾操作得到。

同時你會發現，即使現在有另外一個事務正在將 4 改成 5，這個事務跟 read-viewA、B、C 對應的事務是不會沖突的。
有人可能會問，回滾日志總不能一直保留吧，什么時候刪除呢？當然在不需要的時候才刪除，也就是說，系統會判斷，當沒有事務再需要用到這些回滾日志時，回滾日志會被刪除。

那么問題來了，什么時候才不需要了呢？就是當系統里沒有比這個回滾日志更早的 read-view 的時候。

基于上面的說明，我們來討論一下為什么建議你盡量不要使用長事務。

首先長事務意味著系統里面會存在很老的事務視圖，由于這些事務隨時可能訪問數據庫里面的任何數據，所以這個事務提交之前，數據庫里面它可能用到的回滾記錄都必須保留，這就會導致大量占用存儲空間。

在 MySQL 5.5 及以前的版本，回滾日志是跟數據字典一起放在 ibdata 文件里的，即使長事務最終提交，回滾段被清理，文件也不會變小。我見過數據只有 10GB，而回滾段有 100GB 的庫，最終只好為了清理回滾段，需要重建整個庫。
除了對回滾段的影響，長事務還占用鎖資源，也可能拖垮整個庫。

事務啟動方式

前面提到的長事務有這些潛在風險，建議當然是盡量避免。其實很多時候業務開發同學并不是有意使用長事務，通常是由于誤用所致。MySQL 的事務啟動方式有以下幾種：

顯式啟動事務語句， begin 或 start transaction。配套的提交語句是 commit，回滾語句是 rollback。
set autocommit=0，這個命令會將這個線程的自動提交關掉。意味著如果你只執行一個 select 語句，這個事務就啟動了，而且并不會自動提交。這個事務持續存在直到你主動執行 commit 或 rollback 語句，或者斷開連接。

有些客戶端連接框架會默認連接成功后先執行一個 set autocommit=0 的命令。這就導致接下來的查詢都在事務中，如果是長連接，就導致了意外的長事務。

因此，建議總是使用 set autocommit=1, 通過顯式語句的方式來啟動事務。但是有的開發同學會糾結“多一次交互”的問題。對于一個需要頻繁使用事務的業務，第二種方式每個事務在開始時都不需要主動執行一次 “begin”，減少了語句的交互次數。如果你也有這個顧慮，建議使用 commit work and chain 的語法。

在 autocommit 為 1 的情況下，用 begin 顯式啟動的事務，如果執行 commit 則提交事務。如果執行 commit work and chain，則是提交事務并自動啟動下一個事務，這樣也省去了再次執行 begin 語句的開銷。同時帶來的好處是從程序開發的角度明確地知道每個語句是否處于事務中。你可以在 information_schema 庫的 innodb_trx 這個表中查詢長事務。