1. 引言

大家好，我是小?，一個(gè)漂泊江湖多年的 985 非科班程序員，曾混跡于國(guó)企、互聯(lián)網(wǎng)大廠和創(chuàng)業(yè)公司的后臺(tái)開(kāi)發(fā)攻城獅。

最近小?在梳理我之前的面試資料時(shí)發(fā)現(xiàn)，面試過(guò)程中，基本上都會(huì)問(wèn)到 MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。

而 MySQL 中，問(wèn)得最多的就是事務(wù)、隔離級(jí)別以及 MVCC 這幾個(gè)，無(wú)論是互聯(lián)網(wǎng)大廠、小廠，甚至是國(guó)企，它們的覆蓋率竟高達(dá) 80%。

其實(shí)面試官也知道，八股文誰(shuí)都會(huì)背，但是可以說(shuō)明白，甚至說(shuō)透徹的候選人卻是鳳毛麟角。

所以今天小?就帶大家來(lái)解鎖那些藏在 MySQL 底層的黑科技：事務(wù)與隔離。

2、事務(wù)

2.1 直播打賞

首先，讓我們來(lái)談?wù)勈聞?wù)。

事務(wù)就像一場(chǎng)魔法表演，它可以確保一系列數(shù)據(jù)庫(kù)操作要么全部執(zhí)行成功，要么一點(diǎn)都不執(zhí)行。

假設(shè)你在看直播時(shí)，想打賞 500 塊給美女主播，這時(shí)需要扣除你的賬戶余額，并同時(shí)增加美女主播的賬戶金額。

如果轉(zhuǎn)賬的兩個(gè)操作中的一個(gè)失敗，那你就可能損失金錢(qián)或者讓金錢(qián)消失不見(jiàn)，美女主播也就收不到錢(qián)了。

這時(shí)，事務(wù)就派上用場(chǎng)了。

它可以保證這兩個(gè)操作要么同時(shí)成功，要么同時(shí)失敗，絕不會(huì)出現(xiàn)一半成功一半失敗的尷尬局面。

所以，我們總結(jié)一下：

Q：數(shù)據(jù)庫(kù)為什么要有事務(wù)？

A：為了保證業(yè)務(wù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)最終一致。

2.2 事務(wù)特性

明白了什么是事務(wù)，以及為什么需要事務(wù)。

接下來(lái)我們聊一聊事務(wù)的 4 個(gè)特性：原子性、一致性、隔離性和持久性，簡(jiǎn)稱 ACID。

原子性（Atomicity）

原子性是指事務(wù)包含的操作要么全部成功，要么全部不成功。

比如 A、B 賬戶的初始余額為 800 元，100元。此時(shí)，A 向 B 轉(zhuǎn)賬 500 元，那么分解開(kāi)來(lái)就是 A 賬戶減 500 元，B 賬戶加 500 元。

最終結(jié)果是 A 賬戶余額為 300 元，B 賬戶余額為 600 元。這兩個(gè)賬戶余額更新的操作，要么全部執(zhí)行，要么都不執(zhí)行。

拿給美女主播打賞的例子，原子性可以保證：要么錢(qián)還在，要么錢(qián)轉(zhuǎn)到主播賬戶上并收獲主播的一聲謝謝哥哥！

一致性（Consistency）

事務(wù)執(zhí)行前，和執(zhí)行后都會(huì)保持一致性狀態(tài)。

A、B 賬戶在轉(zhuǎn)賬后，會(huì)發(fā)生兩種情況：

1. 錢(qián)轉(zhuǎn)到 B 賬戶里了，這時(shí) A、B 賬戶分別為 300、600 元；
2. 錢(qián)轉(zhuǎn)出去的過(guò)程中數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)，事務(wù)回滾了，A、B 賬戶還是 800、100 元。

無(wú)論怎樣，事務(wù)發(fā)生前后，A、B 銀行賬戶的總額都應(yīng)該為 900 元，這就是前后一致性。

隔離性（Isolation）

隔離性是當(dāng)多個(gè)用戶并發(fā)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，不管是不是操作同一個(gè)庫(kù)、還是同一張表，數(shù)據(jù)庫(kù)為每一個(gè)用戶開(kāi)啟的事務(wù)，不能被其他事務(wù)的操作所干擾，多個(gè)并發(fā)事務(wù)之間也要相互隔離。

比如，A 向 B 轉(zhuǎn)賬的時(shí)候，不管別人怎么轉(zhuǎn)賬，都不會(huì)影響他們的交易。

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拿給美女主播打賞的例子，隔離性就是：不管有多少人在給主播打賞，都不會(huì)影響你轉(zhuǎn)錢(qián)的事務(wù)，也就不會(huì)影響主播叫你一聲好哥哥！

持久性（Durability）

一個(gè)事務(wù)一旦被提交了，那么對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的改變就是持久性的【即保存到磁盤(pán)里】，即便是在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)遇到故障的情況下也不會(huì)丟失提交事務(wù)的操作。

拿給美女主播打賞的例子，持久性就是：你只要給主播轉(zhuǎn)了錢(qián)，錢(qián)就進(jìn)了她的賬戶，無(wú)論收獲主播的多少聲謝謝好哥哥，錢(qián)也回不來(lái)了。

接下來(lái)，我們總結(jié)一下：

• Q：為什么事務(wù)有這幾大特性？
• A：我們要保證事務(wù)的數(shù)據(jù)一致性，就需要一些手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，這幾種手段就是事務(wù)的幾個(gè)特性。

它們分別是原子性、一致性、隔離性和持久性，其中一致性是目的，而原子性、一致性和隔離性都是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性的手段。

3. 事務(wù)并發(fā)和隔離

事務(wù)并發(fā)

并發(fā)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或程序在同一時(shí)間內(nèi)同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)或操作的能力，也就是允許多個(gè)用戶進(jìn)程去處理同一塊臨界區(qū)。

想從進(jìn)程或處理器的角度來(lái)理解并發(fā)的，可以看我之前的這篇文章：GPM調(diào)度模型

拿打賞主播來(lái)舉例，并發(fā)就是多個(gè)觀眾都想打賞主播，如果你們一起轉(zhuǎn)錢(qián)，那主播的賬戶余額該怎么修改呢？

這里的任務(wù)就是轉(zhuǎn)賬，用戶進(jìn)程就是負(fù)責(zé)交易的服務(wù)器進(jìn)程，臨界區(qū)就是主播賬戶的存儲(chǔ)空間。

如果出現(xiàn)了事務(wù)并發(fā)，就會(huì)帶來(lái)一些意想不到的問(wèn)題，例如常見(jiàn)的臟寫(xiě)、臟讀、重復(fù)讀和幻讀。

臟寫(xiě)

臟寫(xiě)是指：在事務(wù)并發(fā)的時(shí)候，一個(gè)事務(wù)可以修改另外一個(gè)正在進(jìn)行中的事務(wù)的數(shù)據(jù)，這可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)寫(xiě)的事務(wù)會(huì)覆蓋另外一個(gè)寫(xiě)的事務(wù)數(shù)據(jù)。

當(dāng)你和小帥一起給美女主播打賞時(shí)，你打賞了 500 塊，小帥打賞了 1000 塊，在寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候，你寫(xiě)入的數(shù)據(jù)被小帥的數(shù)據(jù)給覆蓋了。

最后導(dǎo)致的結(jié)果就是，你錢(qián)沒(méi)了，而美女主播在直播間說(shuō)的是謝謝小帥哥哥的打賞！

事務(wù)隔離

500 塊錢(qián)沒(méi)了，美女主播還不理你，你很傷心，但是不知道怎么辦？

別難過(guò)！事務(wù)隔離可以幫你。

MySQL 提供了事務(wù)隔離級(jí)別，包括：讀未提交、讀已提交、可重復(fù)讀以及串行化，來(lái)解決事務(wù)中各種并發(fā)問(wèn)題，專治各種不開(kāi)心。

RU - 讀未提交（Read uncommitted）

RU（讀未提交）是指，如果一個(gè)事務(wù)開(kāi)始寫(xiě)數(shù)據(jù)，則另外一個(gè)事務(wù)不允許同時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作，但允許其他事務(wù)讀取此行數(shù)據(jù)。

RU 可以排他寫(xiě)，但是不排斥讀線程實(shí)現(xiàn)。

這種隔離級(jí)別解決了上面的臟寫(xiě)問(wèn)題，但可能會(huì)出現(xiàn)臟讀，即事務(wù) B 讀取到了事務(wù) A 未提交的數(shù)據(jù)。

你想給美女主播打賞 500 塊，發(fā)現(xiàn)銀行卡余額只有 300 塊，這時(shí)你想到了前幾天找你借了 500 塊錢(qián)的小帥，于是讓小帥還錢(qián)。

小帥非常清楚數(shù)據(jù)庫(kù)的事物隔離機(jī)制，知道你處于 RU 的事務(wù)隔離級(jí)別。于是說(shuō)馬上還你錢(qián)，這時(shí)出現(xiàn)了以下情況：

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• 小帥：開(kāi)啟事務(wù) A，給你轉(zhuǎn)錢(qián) 500，事務(wù)未提交；
• 你：開(kāi)啟事務(wù) B，查詢余額，發(fā)現(xiàn)余額已經(jīng)加了 500，于是把小帥的借條撕掉，并準(zhǔn)備給主播打賞；
• 小帥：看到借條已經(jīng)沒(méi)了，于是撤銷(xiāo)事務(wù) A。他的錢(qián)一分沒(méi)少，而你只讀到了他事務(wù) A 里的余額，但是真實(shí)的余額沒(méi)有增加，即發(fā)生了臟讀；
• 你：打賞付款時(shí)余額不足，損失了價(jià)值 500 塊錢(qián)的借條。

你非常失望，打算和小帥絕交，然后繼續(xù)學(xué)習(xí)剩下的隔離機(jī)制，看看怎么避免臟讀發(fā)生。

RC - 讀已提交（Read committed）

該隔離級(jí)別在一個(gè)事務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)，不允許別的事務(wù)對(duì)該行數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)（包括讀寫(xiě)）。這樣就可以保證事務(wù)讀到的數(shù)據(jù)一定是已經(jīng)提交了的，解決了臟讀的問(wèn)題。

但是 RC 會(huì)出現(xiàn)不可重復(fù)讀的問(wèn)題，比如：事務(wù) A 需要讀取兩次數(shù)據(jù)，在讀取完第一次數(shù)據(jù)后，有另一個(gè)事務(wù) B 對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行的更新并提交事務(wù)。

此時(shí)事務(wù) A 再次讀取該數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)生了改變，即事務(wù)中兩次讀取的數(shù)據(jù)不一致。

小帥為了挽回友情，給你轉(zhuǎn)了 520 塊錢(qián)，但是他覺(jué)得只還你 500 塊就可以，所以讓你還他 20 塊錢(qián)。

你這會(huì)忙著看美女主播，沒(méi)有時(shí)間轉(zhuǎn)錢(qián)，他建議你把銀行卡的賬號(hào)密碼告訴他，他只轉(zhuǎn) 20。

為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，你打開(kāi)了一個(gè)事務(wù)去查詢銀行卡余額，并告訴了小帥密碼，接下來(lái)發(fā)生了如下場(chǎng)景：

• 你：開(kāi)啟事務(wù) A，查詢銀行卡余額為 820；
• 小帥：開(kāi)啟事務(wù) B，提款 800，并提交了事務(wù) B；
• 你：在事務(wù) A 中再次查詢余額時(shí)，發(fā)現(xiàn)銀行卡只有 20 塊錢(qián)了，發(fā)生了不可重復(fù)讀。

不僅被借的錢(qián)沒(méi)拿到，又損失了 280 塊錢(qián)，你越想越氣，罵了小帥一頓。然后繼續(xù)學(xué)習(xí)隔離機(jī)制，看看怎么防止不可重復(fù)讀的問(wèn)題。

RR - 可重復(fù)讀（ Repeatable read）

在同一個(gè)事務(wù)內(nèi)，多次讀取同一個(gè)數(shù)據(jù)，在這個(gè)事務(wù)還未結(jié)束時(shí)，其他事務(wù)不能訪問(wèn)該數(shù)據(jù)（包括讀寫(xiě)）。

這種隔離級(jí)別下解決了臟讀和不可重復(fù)讀的問(wèn)題，但是可能會(huì)出現(xiàn)幻讀。

如事務(wù) A 在多次讀取數(shù)據(jù)時(shí)，有另一個(gè)事務(wù) B 在數(shù)據(jù)行中間插入或刪除了數(shù)據(jù)，此時(shí)事務(wù) A 再次讀取時(shí)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的行數(shù)變了。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，RR - 可重復(fù)讀可以保證當(dāng)前事務(wù)不會(huì)讀取到其他事務(wù)已提交的 update 操作，但無(wú)法感知其他事務(wù)的 insert 和 delete 操作。

小帥知道你不會(huì)再借錢(qián)了，還被你罵了一頓，心中不忿。就想著用你的銀行賬號(hào)搞事情，于是發(fā)生了接下來(lái)的場(chǎng)景：

• 你：開(kāi)啟事務(wù) A，想查詢一下剛才交易了幾次，事務(wù)里看到結(jié)果是 2 次；
• 小帥：開(kāi)啟事務(wù) B，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)不能修改你的余額數(shù)據(jù)，就索性往你的銀行卡里面寫(xiě)入了 100 次交易記錄，交易金額高達(dá)數(shù)千萬(wàn)，提交事務(wù) B；
• 你：在事務(wù) A 里面繼續(xù)查詢交易次數(shù)，發(fā)現(xiàn)變成了 102 次；

這時(shí)，警察叔叔找上門(mén)了，說(shuō)有人舉報(bào)你惡意洗黑錢(qián)，需要協(xié)助調(diào)查一下。

還好，經(jīng)過(guò)一番解釋和通過(guò)銀行數(shù)據(jù)庫(kù)的日志調(diào)查，發(fā)現(xiàn)是有人惡意篡改交易記錄，你平安無(wú)事回到了家。

這時(shí)，你痛定思痛，驚覺(jué)交友不慎！于是沉下心來(lái)繼續(xù)學(xué)習(xí)隔離機(jī)制。

可串行化（Serializable）

該隔離級(jí)別下，事務(wù)只能依次執(zhí)行，解決了臟讀、不可重復(fù)讀和幻讀的問(wèn)題。但是代價(jià)較高，性能很低，一般很少使用。

在這種情況下，每次有觀眾和你一樣想給主播打賞，都需要排隊(duì)等候，直到前面的交易事務(wù)完全結(jié)束。

這時(shí)，你了解到事務(wù)的奇妙和隔離的重要，于是打算好好學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)，不再看美女主播跳舞了。

而小帥，卻迷失在面向局子編程的路上越走越遠(yuǎn)。

4. 小結(jié)

我們總結(jié)一下，數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)隔離級(jí)別解決了事務(wù)并發(fā)出現(xiàn)的各種問(wèn)題：

• RU，讀未提交解決了臟寫(xiě)問(wèn)題，但可能出現(xiàn)臟讀；
• RC，讀已提交解決了臟讀問(wèn)題，但可能出現(xiàn)不可重復(fù)讀；
• RR，可重復(fù)讀解決了不可重復(fù)讀的問(wèn)題，但可能出現(xiàn)幻讀；
• Serializable，串行化解決了幻讀的問(wèn)題，但性能很低。

MySQL 是怎么實(shí)現(xiàn)事務(wù)隔離性的呢？

答案是加鎖。事務(wù)級(jí)別越高，解決的并發(fā)事務(wù)問(wèn)題越多，同時(shí)也意味著加的鎖就越多。

鎖的個(gè)數(shù)對(duì)比：RU-讀未提交 < RC-讀已提交 < RR-可重復(fù)讀 < Serializable-串行化。

但是，頻繁的加鎖可能會(huì)導(dǎo)致讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候沒(méi)辦法修改，修改數(shù)據(jù)的時(shí)候沒(méi)辦法讀取，極大的降低了數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)性能，就像串行化的隔離級(jí)別那樣。

所以，為了權(quán)衡數(shù)據(jù)安全和性能，MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)默認(rèn)使用的是 RR，即可重復(fù)讀的隔離級(jí)別。