本篇文章带大家了解下MySQL中的事务,聊聊事务隔离性的实现原理,希望能够给大家提供帮助!
说到数据库事务,大家脑子里一定很容易蹦出一堆事务的相关知识,如事务的ACID特性,隔离级别,解决的问题(脏读,不可重复读,幻读)等等,但是可能很少有人真正的清楚事务的这些特性又是怎么实现的,为什么要有四个隔离级别。
今天我们就先来聊聊MySQL中事务的隔离性的实现原理,后续还会继续出文章分析其他特性的实现原理。
当然MySQL博大精深,文章疏漏之处在所难免,欢迎批评指正。
说明
MySQL的事务实现逻辑是位于引擎层的,并且不是所有的引擎都支持事务的,下面的说明都是以InnoDB引擎为基准。
隔离性(isolation)指的是不同事务先后提交并执行后,最终呈现出来的效果是串行的,也就是说,对于事务来说,它在执行过程中,感知到的数据变化应该只有自己操作引起的,不存在其他事务引发的数据变化。
隔离性解决的是并发事务出现的问题。
隔离性最简单的实现方式就是各个事务都串行执行了,如果前面的事务还没有执行完毕,后面的事务就都等待。但是这样的实现方式很明显并发效率不高,并不适合在实际环境中使用。
为了解决上述问题,实现不同程度的并发控制,SQL的标准制定者提出了不同的隔离级别:未提交读(read uncommitted)、提交读(read committed)、可重复读(repeatable read)、序列化读(serializable)。其中最高级隔离级别就是序列化读,而在其他隔离级别中,由于事务是并发执行的,所以或多或少允许出现一些问题。见以下的矩阵表:
隔离级别(+:允许出现,-:不允许出现) | 脏读 | 不可重复读 | 幻读 |
---|---|---|---|
未提交读 | + | + | + |
提交读 | - | + | + |
可重复读 | - | - | + |
序列化读 | - | - | - |
注意,MySQL的InnoDB引擎在可重复读级别通过间隙锁解决了幻读问题,通过MVCC解决了不可重复读的问题,具体见下面的分析。
我们上面遇到的问题其实就是并发事务下的控制问题,解决并发事务的最常见方式就是悲观并发控制了(也就是数据库中的锁)。标准SQL事务隔离级别的实现是依赖锁的,我们来看下具体是怎么实现的:
事务隔离级别 | 实现方式 |
---|---|
未提交读(RU) | 事务对当前被读取的数据不加锁; 事务在更新某数据的瞬间(就是发生更新的瞬间),必须先对其加行级共享锁,直到事务结束才释放。 |
提交读(RC) | 事务对当前被读取的数据加行级共享锁(当读到时才加锁),一旦读完该行,立即释放该行级共享锁; 事务在更新某数据的瞬间(就是发生更新的瞬间),必须先对其加行级排他锁,直到事务结束才释放。 |
可重复读(RR) | 事务在读取某数据的瞬间(就是开始读取的瞬间),必须先对其加行级共享锁,直到事务结束才释放; 事务在更新某数据的瞬间(就是发生更新的瞬间),必须先对其加行级排他锁,直到事务结束才释放。 |
序列化读(S) | 事务在读取数据时,必须先对其加表级共享锁 ,直到事务结束才释放; 事务在更新数据时,必须先对其加表级排他锁 ,直到事务结束才释放。 |
可以看到,在只使用锁来实现隔离级别的控制的时候,需要频繁的加锁解锁,而且很容易发生读写的冲突(例如在RC级别下,事务A更新了数据行1,事务B则在事务A提交前读取数据行1都要等待事务A提交并释放锁)。
为了不加锁解决读写冲突的问题,MySQL引入了MVCC机制,详细可见我以前的分析文章:一文读懂数据库中的乐观锁和悲观锁和MVCC。
在往下分析之前,我们有几个概念需要先了解下:
1、锁定读和一致性非锁定读
锁定读:在一个事务中,主动给读加锁,如SELECT ... LOCK IN SHARE MODE 和 SELECT ... FOR UPDATE。分别加上了行共享锁和行排他锁。锁的分类可见我以前的分析文章:你应该了解的MySQL锁分类)。
https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-locking-reads.html
一致性非锁定读:InnoDB使用MVCC向事务的查询提供某个时间点的数据库快照。查询会看到在该时间点之前提交的事务所做的更改,而不会看到稍后或未提交的事务所做的更改(本事务除外)。也就是说在开始了事务之后,事务看到的数据就都是事务开启那一刻的数据了,其他事务的后续修改不会在本次事务中可见。
Consistent read是InnoDB在RC和RR隔离级别处理SELECT语句的默认模式。一致性非锁定读不会对其访问的表设置任何锁,因此,在对表执行一致性非锁定读的同时,其它事务可以同时并发的读取或者修改它们。
https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-consistent-read.html
2、当前读和快照读
当前读
读取的是最新版本,像UPDATE、DELETE、INSERT、SELECT ... LOCK IN SHARE MODE、SELECT ... FOR UPDATE这些操作都是一种当前读,为什么叫当前读?就是它读取的是记录的最新版本,读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录,会对读取的记录进行加锁。
快照读
读取的是快照版本,也就是历史版本,像不加锁的SELECT操作就是快照读,即不加锁的非阻塞读;快照读的前提是隔离级别不是未提交读和序列化读级别,因为未提交读总是读取最新的数据行,而不是符合当前事务版本的数据行,而序列化读则会对表加锁。
3、隐式锁定和显式锁定
隐式锁定
InnoDB在事务执行过程中,使用两阶段锁协议(不主动进行显示锁定的情况):
显式锁定
InnoDB也支持通过特定的语句进行显示锁定(存储引擎层)
select ... lock in share mode //共享锁 select ... for update //排他锁
MySQL Server层的显示锁定:
lock table unlock table
了解完上面的概念后,我们来看下InnoDB的事务具体是怎么实现的(下面的读都指的是非主动加锁的select)
事务隔离级别 | 实现方式 |
---|---|
未提交读(RU) | 事务对当前被读取的数据不加锁,都是当前读; 事务在更新某数据的瞬间(就是发生更新的瞬间),必须先对其加行级共享锁,直到事务结束才释放。 |
提交读(RC) | 事务对当前被读取的数据不加锁,且是快照读; 事务在更新某数据的瞬间(就是发生更新的瞬间),必须先对其加行级排他锁(Record),直到事务结束才释放。 |
可重复读(RR) | 事务对当前被读取的数据不加锁,且是快照读; 事务在更新某数据的瞬间(就是发生更新的瞬间),必须先对其加行级排他锁(Record,GAP,Next-Key),直到事务结束才释放。 通过间隙锁,在这个级别MySQL就解决了幻读的问题 通过快照,在这个级别MySQL就解决了不可重复读的问题 |
序列化读(S) | 事务在读取数据时,必须先对其加表级共享锁 ,直到事务结束才释放,都是当前读; 事务在更新数据时,必须先对其加表级排他锁 ,直到事务结束才释放。 |
可以看到,InnoDB通过MVCC很好的解决了读写冲突的问题,而且提前一个级别就解决了标准级别下会出现的幻读问题,大大提升了数据库的并发能力。
不可重复读:前后多次读取一行,数据内容不一致,针对其他事务的update和delete操作。为了解决这个问题,使用行共享锁,锁定到事务结束(也就是RR级别,当然MySQL使用MVCC在RC级别就解决了这个问题)
幻读:当同一个查询在不同时间生成不同的行集合时就是出现了幻读,针对的是其他事务的insert操作,为了解决这个问题,锁定整个表到事务结束(也就是S级别,当然MySQL使用间隙锁在RR级别就解决了这个问题)
网上很多文章提到幻读和提交读的时候,有的说幻读包括了delete的情况,有的说delete应该属于提交读的问题,那到底真相如何呢?我们实际来看下MySQL的官方文档(如下)
The so-called phantom problem occurs within a transaction when the same query produces different sets of rows at different times. For example, if a
SELECT
) is executed twice, but returns a row the second time that was not returned the first time, the row is a “phantom” row.https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-next-key-locking.html
可以看到,幻读针对的是结果集前后发生变化,所以看起来delete的情况应该归为幻读,但是我们实际分析下上面列出的标准SQL在RR级别的实现原理就知道,标准SQL的RR级别是会对查到的数据行加行共享锁,所以这时候其他事务想删除这些数据行其实是做不到的,所以在RR下,不会出现因delete而出现幻读现象,也就是幻读不包含delete的情况。
网上很多文章会说MVCC或者MVCC+间隙锁解决了幻读问题,实际上MVCC并不能解决幻读问题。如以下的例子:
begin; #假设users表为空,下面查出来的数据为空 select * from users; #没有加锁 #此时另一个事务提交了,且插入了一条id=1的数据 select * from users; #读快照,查出来的数据为空 update users set name='mysql' where id=1;#update是当前读,所以更新成功,并生成一个更新的快照 select * from users; #读快照,查出来id为1的一条记录,因为MVCC可以查到当前事务生成的快照 commit;
可以看到前后查出来的数据行不一致,发生了幻读。所以说只有MVCC是不能解决幻读问题的,解决幻读问题靠的是间隙锁。如下:
begin; #假设users表为空,下面查出来的数据为空 select * from users lock in share mode; #加上共享锁 #此时另一个事务B想提交且插入了一条id=1的数据,由于有间隙锁,所以要等待 select * from users; #读快照,查出来的数据为空 update users set name='mysql' where id=1;#update是当前读,由于不存在数据,不进行更新 select * from users; #读快照,查出来的数据为空 commit; #事务B提交成功并插入数据
注意,RR级别下想解决幻读问题,需要我们显式加锁,不然查询的时候还是不会加锁的。
原文地址:https://segmentfault.com/a/1190000025156465
作者: X先生
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以上就是浅析MySQL中的事务隔离级别,聊聊其实现原理的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
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