數據庫事務總結與整理（一）

前言

提數據庫就會講到數據庫的事務問題，常見的一個問題就是：你的數據庫是如何保證事務的？這裏的數據庫可以是關係型數據庫，如mysql，或者是非關係型的，如MongoDB或是其他數據庫。令人頭疼的是，這樣的問題很常見卻不知怎麼回答，一個原因是沒有涉及過事務相關的操作，還有項目中有事務，往往也是一個註解搞定，根本不深入。今天就來全面總結下有關事務的問題。

事務的若干概念

ACID特性

一般來說，事務具有4個特點，A(原子性)，C(一致性)，I(隔離性，事務之間具有一定隔離性)，D（持久性），稱爲ACID特性。

原子性（Atomicity）：事務作爲一個整體被執行，包含在其中的對數據庫的操作要麼全部被執行，要麼都不執行。

一致性（Consistency）：事務應確保數據庫的狀態從一個一致狀態轉變爲另一個一致狀態。一致狀態的含義是數據庫中的數據應滿足完整性約束。

隔離性（Isolation）：多個事務併發執行時，一個事務的執行不應影響其他事務的執行。這裏的不影響具體要看具體的事務隔離級別。

持久性（Durability）：一個事務一旦提交，他對數據庫的修改應該永久保存在數據庫中。

數據庫的原子性，一致性和持久性一般通過事務日誌實現，而隔離性通過數據庫鎖、MVCC(併發一致性控制)實現。

事務隔離型

事務定義了四種隔離級別。分別是未提交讀、已提交讀、可重複讀和串行化。

1. 讀未提交(READ-UNCOMMITTED)
   所有事務都可以看到其他未提交事務的執行結果，可能產生髒讀，一般（十分）不採用。

2. 讀已提交（READ-COMMITTED）
   其他事務提交後纔可以看到，避免了髒讀現象。但仍避免不了這個問題：我一個事務中第一次某行數據是一個值，第二次讀又是一個值了。（在兩次讀過程中，有事務提交了），這種現象叫不可重複讀。顧名思義，就是不能重複讀取。
   讀已提交是大多數數據庫默認的隔離級別（不包括mysql,mysql隔離級別是可重複讀），因爲這已經滿足隔離的基本定義，性能也很高。

3. 可重複讀（REPEATABLE-READ)
   針對前一種隔離級別的問題，修復了不可重複讀的問題，也就是在一個事務中，讀取同一行的數據是不變的。不過，有個問題是：當用戶讀取某一範圍的數據行時，另一個事務又在該範圍內插入了新行，當用戶再讀取該範圍的數據行時，會發現有新的“幻影” 行。這是幻讀。
   可重複讀是mysql默認隔離級別。

4. 串行化（SERIALIZABLE）
   所有事務操作串行執行，沒有隔離級別引起的問題，但性能也最差，一般不用。

設置mysql隔離級別

set session transaction isolation level read committed;

mysql的鎖

按鎖的粒度來分，分爲表鎖和行鎖。

行級鎖是Mysql中鎖定粒度最細的一種鎖，只針對行加鎖。行級鎖能大大減少數據庫操作的衝突。加鎖粒度最小，但加鎖的開銷也最大。行級鎖分爲共享鎖 和 排他鎖。

表級鎖是MySQL中鎖定粒度最大的一種鎖，表示對整張表加鎖，它實現簡單，資源消耗較少，被大部分MySQL引擎支持。最常使用的MYISAM與INNODB都支持表級鎖定。表級鎖定分爲表共享讀鎖（共享鎖）與表獨佔寫鎖（排他鎖）。

MySQL不同的存儲引擎支持不同的鎖機制。如MyISAM支持表級鎖，而InnoDB支持行級鎖和表級鎖（默認支持行級鎖）。

MyISAM

MyIsam支持表級鎖，表共享讀鎖(Table Read Lock)和表獨佔寫鎖(Table Write Lock)。也就是讀鎖和寫鎖。其中讀讀之間可以共存，讀寫之間互斥。

MyIsam的讀、寫鎖都是阻塞鎖，即如果拿不到鎖，會一直阻塞住。

加鎖方式是一次性拿到所有的鎖，所以不會出現死鎖現象。一般select會自動加讀鎖，update、insert、delete會自動加寫鎖。另外，即是同一個表，如果在sql中出現多次，也會加多個鎖。

默認寫鎖的級別比讀鎖高，當有大量讀、寫任務時，讀鎖可能會一直阻塞獲取鎖。這也正是 MyISAM 表不太適合於有大量更新操作和查詢操作應用的原因。

InnoDB

InnoDB默認爲行鎖，表鎖前面已經說了，現在說說行鎖。行鎖種類和表鎖類似，也分別讀和寫鎖。默認分爲共享鎖（S，也就是讀）和排他鎖(X，寫鎖)。

共享鎖，行鎖加共享鎖使用SELECT ... LOCK IN SHARE MODE。共享鎖之間可以併發。

排他鎖，使用for update進行加鎖。排他鎖與其他鎖互斥，加排他鎖後不能再加其他鎖。

如 select .... for update 就是對讀操作加了排他鎖。

其他 update、delete、insert等寫操作，會自動加排他鎖。

注意： 行鎖是一行一行進行的，分別取出來一一加鎖。

MVCC(多版本併發控制)

MVCC是數據庫提高讀、寫併發的常用技術，簡單的說就是通過設置多版本，在讀取數據時根據事務開始時機以及隔離級別讀取對應版本的數據，可以讓讀、寫互不阻塞。大大提高性能。

MVCC中讀分爲快照讀和當前讀。快照讀就是讀取歷史版本，當前讀就是讀取當前數據。

普通的讀都屬於快照讀，如select ...

屬於當前讀的有(加鎖操作和寫操作)

select ... lock in share mode 加行共享鎖
select ... for update 加行排他鎖
update ...
delete
insert into

加鎖分析

在innodb下分析

1. 普通的select 不加鎖，直接走快照讀。
2. update、delete操作，在RC(讀已提交)情況下，有主鍵走主鍵（加X鎖），有索引走索引（唯一索引或普通索引，加鎖兩次，一次加在二級索引上，一次加在主鍵索引上，唯一索引鎖一行，普通的鎖符合條件的行數，加X鎖）
3. 對於update、delete，沒有索引的情況，在RC(讀已提交)下，會掃全表加鎖，然後對不符合條件的釋放鎖。（全部加鎖這一步是不能少的）
4. 對於update、delete，在RR(可重複讀)情況下，查詢條件是索引，但不是唯一索引的情況下，會在索引中加X鎖和間隙鎖（GAP）, 在主鍵索引中加X鎖。GAP鎖是爲防止記錄之間插入記錄。
5. 對於update、delete，在RR下，查詢條件不是索引，掃描主鍵索引，在主鍵索引所有記錄上加X鎖，並在記錄之間加GAP(間隙鎖)。
6. 對於where條件，多餘1個情況下，可分爲Index key和Index Filter、table filter。有索引確定查詢條件（會添加間隙鎖），index filter 對索引條件進行過濾，過濾後加上X鎖，table filter 會始終加上X鎖。有mysql引擎層過濾。

發生死鎖的條件不在於sql的多少，而在於加鎖的順序，比如一個sql先對A行加鎖，後對B行加鎖，而另一個sql則相反，則可能會產生死鎖。具體可看MySQL 加鎖處理分析 寫的很詳細。

隔離性實踐

在讀已提交情況下

事務A	事務B
begin;	begin;
select score from grade where id=1; // id爲1的分數爲50
	update grade set score =100 where id=1;
select * from grade where id=1; // 這裏成了100
commit;	commit;

如果改爲可重複讀，則結果一直是50。

參考文章

1. 互聯網項目中mysql應該選什麼事務隔離級別
2. 徹底理解數據庫事務
3. MySQL 加鎖處理分析