事务

事务

本文为个人学习摘要笔记。
原文地址:廖雪峰 SQL 教程之事务

什么是事务

事务指的是满足 ACID 特性的一组操作,可以通过 Commit 提交一个事务,也可以使用 Rollback 进行回滚。

可见,数据库事务具有 ACID 这 4 个特性:

  • A:Atomic,原子性,事务被视为不可分割的最小单元,事务的所有操作要么全部提交成功,要么全部失败回滚;
  • C:Consistent,一致性,数据库在事务执行前后都保持一致性状态。在一致性状态下,所有事务对同一个数据的读取结果都是相同的;
  • I:Isolation,隔离性,一个事务所做的修改在最终提交以前,对其它事务是不可见的;
  • D:Duration,持久性,一旦事务提交,对数据库数据的修改被持久化存储。即使系统发生崩溃,事务执行的结果也不能丢失。

事务的 ACID 特性概念简单,但不是很好理解,主要是因为这几个特性不是一种平级关系:

  • 只有满足一致性,事务的执行结果才是正确的。
  • 在无并发的情况下,事务串行执行,隔离性一定能够满足。此时只要能满足原子性,就一定能满足一致性。
  • 在并发的情况下,多个事务并行执行,事务不仅要满足原子性,还需要满足隔离性,才能满足一致性。
  • 事务满足持久化是为了能应对系统崩溃的情况。

ACID关系

在执行 SQL 语句的时候,某些业务要求,一系列操作必须全部执行,而不能仅执行一部分。例如,一个转账操作:

-- 从id=1的账户给id=2的账户转账100元
-- 第一步:将id=1的A账户余额减去100
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
-- 第二步:将id=2的B账户余额加上100
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;

这两条 SQL 语句必须全部执行,或者,由于某些原因,如果第一条语句成功,第二条语句失败,就必须全部撤销。

这种把多条语句作为一个整体进行操作的功能,被称为数据库事务。数据库事务可以确保该事务范围内的所有操作都可以全部成功或者全部失败。如果事务失败,那么效果就和没有执行这些 SQL 一样,不会对数据库数据有任何改动。

MySQL 默认采用自动提交模式,对于单条 SQL 语句,数据库系统自动将其作为一个事务执行,这种事务被称为隐式事务。

要手动把多条 SQL 语句作为一个事务执行,使用 BEGIN 开启一个事务,使用 COMMIT 提交一个事务,这种事务被称为显式事务,例如,把上述的转账操作作为一个显式事务:

BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
COMMIT;

很显然多条 SQL 语句要想作为一个事务执行,就必须使用显式事务。

COMMIT 是指提交事务,即试图把事务内的所有 SQL 所做的修改永久保存。如果 COMMIT 语句执行失败了,整个事务也会失败。

有些时候,我们希望主动让事务失败,这时可以用 ROLLBACK 回滚事务,整个事务会失败:

BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
ROLLBACK;

隔离级别

对于两个并发执行的事务,如果涉及到操作同一条记录的时候,可能会发生问题。因为并发操作会带来数据的不一致性,包括脏读不可重复读幻读等。数据库系统提供了隔离级别来让我们有针对性地选择事务的隔离级别,避免数据不一致的问题。

SQL 标准定义了 4 种隔离级别,分别对应可能出现的数据不一致的情况:

Isolation Level Dirty Read(脏读) Non Repeatable Read(不可重复读) Phantom Read(幻读)
Read Uncommitted(未提交读) Yes Yes Yes
Read Committed(提交读) - Yes Yes
Repeatable Read(可重复读) - - Yes
Serializable(可串行化) - - -

接下来展示 SQL 的 4 种隔离级别,新建一张表,表中只有一条记录,以下全部栗子都以该表做演示。

id name
1 Alice

Read Uncommitted

Read Uncommitted 是隔离级别最低的一种事务级别。在这种隔离级别下,一个事务会读到另一个事务更新后但未提交的数据,如果另一个事务回滚,那么当前事务读到的数据就是脏数据,这就是脏读(Dirty Read)。

分别开启两个 MySQL 客户端连接,按顺序依次执行事务 A 和事务 B:

时刻 事务 A 事务 B
1 SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED; SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED;
2 BEGIN; BEGIN;
3 UPDATE students SET name = 'Bob' WHERE id = 1;
4 SELECT * FROM students WHERE id = 1;
5 ROLLBACK;
6 SELECT * FROM students WHERE id = 1;
7 COMMIT;

当事务 A 执行完第 3 步时,它更新了 id=1 的记录,但并未提交,而事务 B 在第 4 步读取到的数据就是未提交的数据。

随后,事务 A 在第 5 步进行了回滚,事务 B 再次读取 id=1 的记录,发现和上一次读取到的数据不一致,这就是脏读。

可见,Read Uncommitted 隔离级别下,一个事务可能读取到另一个事务更新但未提交的数据,这个数据有可能是脏数据

Read Committed

Read Committed 隔离级别下,一个事务可能会遇到不可重复读(Non Repeatable Read)的问题。

不可重复读是指,在一个事务内,多次读同一数据,在这个事务还没有结束时,如果另一个事务恰好修改了这个数据,那么,在第一个事务中,两次读取的数据就可能不一致。

分别开启两个 MySQL 客户端连接,按顺序依次执行事务 A 和事务 B:

时刻 事务 A 事务 B
1 SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED; SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
2 BEGIN; BEGIN;
3 SELECT * FROM students WHERE id = 1;
4 UPDATE students SET name = 'Bob' WHERE id = 1;
5 COMMIT;
6 SELECT * FROM students WHERE id = 1;
7 COMMIT;

当事务 B 第一次执行第 3 步的查询时,得到的结果是 Alice。

随后,由于事务 A 在第 4 步更新了这条记录并提交,所以,事务 B 在第 6 步再次执行同样的查询时,得到的结果就变成了 Bob。

可见,Read Committed 隔离级别下,事务不可重复读同一条记录,因为很可能读到的结果不一致

注意两种隔离级别,顾名思义:

  • Read Uncommitted 隔离级别下,一个事务可以读到另一个事务更新数据后未提交的数据;
  • Read Committed 隔离级别下,一个事务在另一个事务更新数据后,不能读取另一个事务更新数据后未提交的数据。

Repeatable Read

Repeatable Read 隔离级别下,一个事务可能会遇到幻读(Phantom Read)的问题。

幻读是指,在一个事务中,第一次查询某条记录,发现没有,但是,当试图更新这条不存在的记录时,竟然能成功,并且,再次读取同一条记录,它就神奇地出现了。

分别开启两个 MySQL 客户端连接,按顺序依次执行事务 A 和事务 B:

时刻 事务 A 事务 B
1 SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ; SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
2 BEGIN; BEGIN;
3 SELECT * FROM students WHERE id = 99;
4 INSERT INTO students (id, name) VALUES (99, 'Bob');
5 COMMIT;
6 SELECT * FROM students WHERE id = 99;
7 UPDATE students SET name = 'Alice' WHERE id = 99;
8 SELECT * FROM students WHERE id = 99;
9 COMMIT;

事务 B 在第 3 步第一次读取 id=99 的记录时,读到的记录为空,说明不存在 id=99 的记录。

随后,事务 A 在第 4 步插入了一条 id=99 的记录并提交。事务 B 在第 6 步再次读取 id=99 的记录时,读到的记录仍然为空,但是,事务 B 在第 7 步试图更新这条不存在的记录时,竟然成功了,并且,事务 B 在第 8 步再次读取 id=99 的记录时,记录出现了。

可见,幻读就是没有读到的记录,以为不存在,但其实是可以更新成功的,并且,更新成功后,再次读取,就出现了。

如果没有指定隔离级别,数据库就会使用默认的隔离级别。在 MySQL 中,如果使用 InnoDB,默认的隔离级别是 Repeatable Read

Serializable

Serializable 是最严格的隔离级别。在 Serializable 隔离级别下,所有事务按照次序依次执行,因此,脏读、不可重复读、幻读都不会出现。

虽然 Serializable 隔离级别下的事务具有最高的安全性,但是,由于事务是串行执行,所以效率会大大下降,应用程序的性能会急剧降低。如果没有特别重要的情景,一般都不会使用 Serializable 隔离级别。


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