資料庫事務、并發問題及隔離級别

目錄

• • • 一、什麼是事務
    • 二、為什麼要使用事務
    • 三、事務并發問題
    • • 1、髒寫
      • 2、髒讀
      • 3、不可重複讀
      • 4、幻讀
    • 四、事務的隔離級别
    • • 1、讀未送出（READ UNCOMMITTED）
      • 2、讀已送出（READ COMMITTED）
      • 3、可重複讀（REPEATABLE READ）
      • 4、串行化（SERIALIZABLE）

一、什麼是事務

我們學習資料庫，經常看到資料庫事務，ACID事務等相關的概念，抛開資料庫，可以将事務更廣泛的定義為：一個或多個原子操作組合而成的執行單元。更通俗的講，就是将幾件小事或是幾個步驟捆綁起來作為一個整體來處理對待。

而資料庫事務，即一條或多條不可再分的資料操作指令組合而成的執行單元。一個标準的、合格的資料庫事務，應該需要滿足四個特性，即原子性（Atomicity）、一緻性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability），這也就是所稱的ACID事務。

• 原子性（Atomicity）

  原子性就是指的一個事務是一個整體，是不可再分的，事務中的所有指令要麼都執行成功，要麼都不執行。比如常見的各種闖關遊戲，你要麼一路不死闖關成功，要麼中途死了從頭再來。

• 一緻性（Consistency）

  一緻性指的是一個事務執行，會将資料從一個一緻性狀态，變為另一個一緻性狀态。所謂的一緻性狀态，我更願意了解為一個應該是的狀态、一個符合現實邏輯關系的正确的狀态。比如"我們兩個各有一塊糖"，執行一個事務"我搶了你一塊糖"，就理應是變為"我有兩塊糖，你沒有糖"這個狀态，這前後就是兩個一緻性狀态。若結果變為了"我沒有糖，你有兩塊糖"或是其他，那就自然違背了一緻性了。

• 隔離性（Isolation）

  隔離性是指當多個事務并發執行時，是互不影響的，即需要保證多個事務并發執行的結果，要與串行執行的結果相同。還是闖關遊戲的例子，我們兩個同時在兩台電腦上各自闖關，我的闖關過程和闖關結果對你應該是絲毫沒有影響的，不會因為我闖關成功而給你增加難度。而隔離性主要是為了解決事務引發的并發問題，下文将有介紹。

• 持久性（Durability）

  持久性指的是事務送出後對資料庫的更新是不可逆的、持久化的，即使系統故障發生，也不會造成資料丢失。仍是闖關遊戲，我闖關成功就是闖關成功，不會我明天登入遊戲又回到了起點。

在四個事務特性中，資料的一緻性是最關鍵的，保證資料的一緻性是一個資料庫最基本的要求，同時也是事務這一個概念出現的一個重要原因，更是衡量一個事務是否合格的最重要的标準，也是事務最根本的追求。而影響事務一緻性的因素主要有事務并發問題和資料庫系統故障。說到底，其他三個特性，都是服務于保證資料一緻性而存在的。

二、為什麼要使用事務

事務的出現必然是為了解決某一問題。在使用DML（資料庫操作語言）或DDL（資料庫定義語言）使，多數情況下對資料的修改不是局限于一條記錄或是一張資料表的。

試想這麼一個簡單的圖書館借閱情景：A同學借了一本書a，在資料庫中我們要有必要的兩步操作，一是插入一條A借閱書a的記錄，二是把書a的庫存減一。

假若沒有事務，執行了第一個操作後，系統忽然出現故障沒能成功執行第二個操作，這樣導緻的結果是A借到了書a，但圖書館中書a的庫存卻沒有減少，是不符合邏輯，打破了資料的一緻性原則。

簡單來講，事務的出現就是将這兩個步驟捆綁在一起，實作的效果是：要麼兩個步驟都執行成功，要麼都不執行。進而保證了資料的一緻性。對于事務的使用，這裡引出兩個概念，一個叫事務的送出，即在事務成功執行後送出結束事務；一個叫事務的復原，即在事務執行過程中某個操作出現問題，恢複到事務執行之前的那個一緻性狀态。

而事務的出現，也帶來了不少事務并發問題，解決這些問題和追求ACID事務的目标是一緻的。

三、事務并發問題

事務帶來的并發問題常見的有以下四種情況

1、髒寫

髒寫是指兩個事務A、B，A更新資料還未送出，B也來更新資料。對于A來講，最終的資料不是自己想要更新的值。

髒寫問題使用行級排它鎖即可解決，在一條記錄被一個事務更新時，另外的事務是無法更新這條事務的。是以不再詳述。

2、髒讀

髒讀是至兩個事務A、B，A讀取了B更新尚未送出的内容，B事務復原，導緻A讀取的内容錯誤。如圖：

3、不可重複讀

不可重複讀是指兩個事務A、B，A讀取一個字段，B更新了這個字段，A再讀取一次這個字段，兩次讀取的結果不同。如圖

4、幻讀

幻讀是指兩個事務A、B，A讀取一個字段的行數，B插入或删除了某些記錄，A再讀取這個字段的行數，行數不同了。如圖

不可重複讀和幻讀問題十分相似，不可重複讀是并發事務B的UPDATE操作對事務A帶來的問題，幻讀是并發事務B的INSERT和DELETE操作對事務A帶來的問題。

四、事務的隔離級别

為了解決事務的并發問題，相應出現了SQL的隔離級别規範的概念。一般的，常見的隔離級别有以下四種，它們可以不同程度的解決事務的并發問題。

1、讀未送出（READ UNCOMMITTED）

允許事務A讀取事務B未送出的更新。自然，事務的并發工作流程是與以上三幅圖檔所示的流程一樣的，髒讀、不可重複讀、幻讀問題均不可實作。

2、讀已送出（READ COMMITTED）

隻允許事務A讀取事務B已經送出的更新。若B事務更改某條記錄未結束（送出或復原），A事務讀取相應記錄會阻塞至B事務結束。在個隔離級别下，髒讀問題圖示會變為：

3、可重複讀（REPEATABLE READ）

A事務讀取某個字段，在A事務操作期間，禁止B事務對該字段的更新。可重複讀解決事務的不可重複讀問題，這樣，流程圖變為：

4、串行化（SERIALIZABLE）

串行化即舍棄事務的并發處理能力，将所有事務串行執行，這樣雖然避免了所有的并發問題，但性能效率實在太低，一般不用。

四個隔離級别解決并發問題總結如下：

隔離級别	解決髒寫	解決髒讀	解決不可重複讀	解決幻讀
讀未送出 READ UNCOMMITTED	是	否	否	否
讀已送出 READ COMMITTED	是	是	否	否
可重複讀 REPEATABLE READ	是	是	是	否
串行化 SERIALIZABLE	是	是	是	是

四個隔離級别解決問題程度的遞增，是用犧牲資料庫的并發性能來得到的，如串行化級别，解決了所有的并發問題，但卻沒有任何并發能力。是以需要根據實際業務情況選擇合适的隔離級别。

還需要清楚，四個隔離級别隻是SQL給出的規範，包括前面所講的ACID事務的實作，每個資料庫存儲引擎對這些的實作技術都是不同的，所有引擎都在追求更高的隔離級别下的更高的并發能力。比如MySQL預設使用的InnoDB引擎，使用MVCC技術在可重複讀級别下，不用阻塞事務B的寫操作就可以解決不可重複讀甚至是幻讀問題。