MySQL的事務

提到事務首先想到的當然是事務的四個特性：原子性、一致性、隔離性、永續性。事務的實現是由引擎層面來實現的，因此不同的儲存引擎可能對事務有不同的實現方案。比如 MySQL 的 MyISAM 引擎就沒有實現事務，這也是其被 InnoDB 所替代的原因之一。

事務的四個特性

原子性： 事務的所有操作在資料庫中要麼全部正確的反映出來，要麼完全不反映。

一致性： 事務執行前後資料庫的資料保持一致。

隔離性： 多個事務併發執行時，對於任何一對事務Ti和Tj，在Ti看來，Tj 要麼在 Ti 之前已經完成執行，或者在Ti完成之後開始執行。因此，每個事務都感覺不到系統中有其他事務在併發執行。

永續性：

事務的原子性和永續性比較好理解，但是一致性會更加抽象一些。對於一致性經常有個轉賬的例子，A 給 B 轉賬，轉賬前後 A 和 B 的賬戶總和不變就是一致的。這個例子咋一看好像很清楚，但轉念一想原子性是不是也能達到這個目的呢？答案是：不能，原子性可以保證 A 賬戶扣減和 B 賬戶增加同時成功或者同時失敗，但是並不能保證 A 扣減的數量等於 B 增加的數量。實際上是為了達到一致性所以要同時滿足其他三個條件。

還有一個事務的隔離性比較複雜，因為 MySQL 的事務可以有多種隔離級別，接下里一起看看。

事務的隔離級別

當多個事務併發執行時可能存在髒讀(dirty read)，不可重複讀(non-repeatable read)和幻讀(phantom read)，為瞭解決這些問題因此引入了不同的隔離級別。

髒讀： 事務 A 和事務 B 併發執行時，事務 B 可以讀到事務 A 未提交的資料，就發生了髒讀。髒讀的本質在於事務 B 讀了事務 A 未提交的資料，如果事務 A 發生了回滾，那麼事務 B 讀到的資料實際上是無效的。如下面案例所示：事務 B 查詢到 value 的結果為100，但是因為事務 A 發生了回滾，因此 value 的值不一定是 100。

不可重複讀： 在一個事務中，多次查詢同一個資料會得到不同的結果，就叫不可重複讀。如下面案例所示：事務 B 兩次查詢 value 的結果不一致。

幻讀： 在一個事務中進行範圍查詢，查詢到了一定條數的資料，但是這個時候又有新的資料插入就導致資料庫中資料多了一行，這就是幻讀。如下面案例所示：事務 B 兩次查詢到的資料行數不一樣。

MySQL 的事務隔離級別包括：讀未提交（read uncommitted）、讀提交（read committed）可重複讀（repeatable read）和序列化（serializable）。

未提交讀： 一個事務還未提交，其造成的更新就可以被其他事務看到。這就造成了髒讀。

讀提交： 一個事務提交後，其更改才能被其他事務所看到。讀提交解決了髒讀的問題。

可重複讀： 在一個事務中，多次讀取同一個資料得到的結果總是相同的，即使有其他事務更新了這個資料並提交成功了。可重複讀解決了不可重複讀的問題。但是還是會出現幻讀。InnoDB 引擎通過多版本併發控制（Multiversion concurrency control，MVCC）解決了幻讀的問題。

序列化： 序列話是最嚴格的隔離級別，在事務中對讀操作加讀鎖，對寫操作加寫鎖，所以可能會出現大量鎖爭用的場景。

從上到下，隔離級別越來越高，效率相應也會隨之降低，對於不同的隔離級別需要根據業務場景進行合理選擇。

查詢和修改事務的隔離級別

下面的命令可以查詢 InnoDB 引擎全域性的隔離級別和當前會話的隔離級別

mysql> select @@global.tx_isolation,@@tx_isolation;
+-----------------------+-----------------+
| @@global.tx_isolation | @@tx_isolation  |
+-----------------------+-----------------+
| REPEATABLE-READ       | REPEATABLE-READ |
+-----------------------+-----------------+
複製程式碼

設定innodb的事務級別方法是：

set 作用域 transaction isolation level 事務隔離級別

SET [SESSION | GLOBAL] TRANSACTION ISOLATION LEVEL {READ UNCOMMITTED | READ COMMITTED | REPEATABLE READ | SERIALIZABLE}

mysql> set global transaction isolation level read committed; // 設定全域性的隔離級別為讀提交

mysql> set session transaction isolation level read committed; // 設定當前會話的隔離級別為讀提交
複製程式碼

事務的啟動方式

• MySQL 裡可以通過 begin 命令或 start transaction 來顯示啟動一個事務。顯示開啟的事務，需要使用 commit 命令進行提交。

• MySQL 裡如果沒有顯示執行命令開啟事務，MySQL 也會在執行第一條命令的時候自動開啟事務。如果自動提交 autocommit 處於開啟狀態，那麼自動開啟的事務也會被自動提交。那麼執行一條 select 語句時，MySQL 首先會自動開啟一個事務，並且在 select 語句執行完後自動提交。因此，在 MySQL 裡執行一條語句時也是一個完整的事務。

• 在 MySQL 裡執行命令 set autocommit=0 可以關閉事務的自動提交。如果 autocommit 處於關閉狀態，那麼執行一條 select 語句時仍然會開啟一個事務，並且在執行完成後不會自動提交。

• begin 和 start transaction 命令並不是執行後立即開啟一個事務，而是在執行第一條語句時才開啟事務。start transaction with consistent snapshot 命令才是執行後就立即開啟事務。

舉例說明不同隔離級別的影響

接下來我們用一個案例來看不同隔離級別下會有怎樣不同的結果。

create table t (k int) ENGINE=InnoDB;
insert into t values (1);
複製程式碼

隔離級別為未提交讀時：對於事務 A，第1條查詢語句的結果是1，第2條查詢語句的結果是2，第3條和第4條查詢語句的結果也都是2。

隔離級別為讀提交時：對於事務 A，第1條查詢語句的結果是1，第2條查詢語句的結果是1，第3條查詢語句的結果是2，第4條查詢語句的結果也是2。

隔離級別為可重複讀時：對於事務 A，第1條、第2條和第3條查詢語句的結果都是1，第4條查詢語句的結果是2。

隔離級別為序列化時：對於事務 A，第1條查詢語句的結果是1。這時事務 B 執行更新語句時會被阻塞，因為事務 A 在這條資料上加上了讀鎖，事務 B 要更新這個資料就必須加寫鎖，由於讀鎖和寫鎖衝突，因此事務 B 只能等到事務 A 提交後釋放讀鎖才能進行更新。因此，事務 A 的第2條和第3條查詢語句的結果也是1，第4條查詢語句的結果是2。

事務隔離性的實現

事務的隔離性通過 undo log 日誌來實現，對於同一條資料，InnoDB 會儲存其多個版本，多個版本則是通過 undo log 日誌來實現，將當前值回滾不同的次數就可以得到不同低版本的資料，這就是資料庫的多版本併發控制（MVCC）。當然只有 undo log 日誌還不行，為了支援提交讀和可重複讀兩種隔離級別，一個事務 Ti 如何知道自己應該使用哪個版本的資料呢？InnoDB 的做法是維護一個一致性檢視來現實。

InnoDB 給每一個事務維護一個唯一的事務 ID，事務 ID 是嚴格遞增分配的，也就是後開啟的事務的事務 ID 一定比先開啟的事務的事務 ID 要大。因為通過 undo log 日誌可以得到多個版本的資料，可以假想在資料庫中每個資料有多個版本。每個事務更新一個資料時，就會生成一個新版本資料並且將自己的事務 ID 貼在這個版本的資料上，用來標識這個資料的版本。

當開啟一個新的事務時，InnoDB 會為每一個事務維護一個陣列，這個陣列中儲存了當前活躍的事務的事務ID，所謂活躍的事務指事務已經開始，但是還未提交的事務。在這個陣列中最小的事務 ID 將其稱為低水位，最大的事務 ID 加1稱為高水位。當某個事務讀取某條資料時，從該資料的最高版本開始，如果讀得起那麼就取這個資料，如果讀不起就取更低一個版本的資料，如此迴圈，直到能讀取有效資料。

在判斷讀得起和讀不起時就只有以下幾種情況：

1. 資料版本號大於等於事務的高水位，說明是後面的事務建立的，讀不起；

2. 資料版本號小於等於低水位，說明是事務開啟前就已經提交的，或者是本事務自己修改的，讀得起；

3. 資料版本號介於高水位和低水位之間，如果該版本號在陣列裡，說明是未提交的，讀不起。

4. 資料版本號介於高水位和低水位之間，如果該版本號不在陣列裡，說明是已經提交的，讀的起。

提交讀和可重複讀的區別在於，提交讀每次執行語句前更新這個陣列，這樣已經提交的資料就不在陣列裡，就會被看到，可重複讀就是始終使用事務開啟時生成的陣列。

快照讀和當前讀

InnoDB 給每一個事務生成一個唯一事務 ID 的方法稱為生成快照，因此這種場景稱為快照讀。但是對於更新資料不能使用快照讀，因為更新資料時如果使用快照讀會可能會覆蓋其他事務的更改。另外查詢時如果加鎖也會採用當前讀的方式。當前讀就是讀這個資料最新的提交資料。InnoDB 的多版本併發控制實現了在序列化的隔離級別下讀不加鎖，提高了併發效能。

下面通過一個例子來理解快照讀和當前讀：

首先建一個表 t，並插入一條資料。

mysql-> create table t(k int)ENGINE=InnoDB;
mysql-> insert into t(k) values (1);
複製程式碼

然後將事務的隔離級別設定為 REPEATABLE-READ，接著開啟三個事務，並按照下面的順序進行執行。

結果是：事務 A 兩次讀取的結果都是1，事務 B 第一次讀取的結果是1，第二次讀取的結果是 3。事務 A 兩次都是快照讀，在可重複讀的隔離級別下，因此兩次讀到的結果相同。事務 B 第一次是快照讀，但是 update 語句進行了一次當前讀將 k 的值更新為事務 C 已經提交的結果 2，並且在此基礎上再加1得到3。執行了 update 操作時會建立一個新版本的資料，並且將自己的事務 ID 作為該資料的版本號，因此在該事務內可以讀到自己更新的資料。因此事務 B 最後一次查詢的結果是 3。

最近在學習 MySQL 的原理，一篇文章做個筆記。

參考

[1] 資料庫系統概念（第6版）

[2] MySQL實戰45講，林曉斌

[3] 高效能MySQL（第3版）

[4] 事務的隔離級別和mysql事務隔離級別修改

[5] MySQL 加鎖處理分析,何登成