数据库事务隔离级别

前几天项目上合作公司的系统出现了一次死锁，突然想到由于近几年开发设计的系统并发用户比较少，很久没有碰到过死锁了，因此对死锁的概念也比较生疏了，需要温习一下。

事务

先从最基本的概念开始，事务、及其ACID特性。

事务的概念就用一句话概括：事务中的SQL语句要么全部执行成功，要么全部执行失败。

Atomicity：原子性，一个事务必须被视为不可分割的工作单元，整个事务中的所有操作要么全部提交成功，要么全部失败回滚。对于一个事务来说，不能只执行其中的一部分操作，这就是事务的原子性。

Consistency：一致性，事务可以确保数据总是从一个一致性状态转换到另一个一致性状态。

Isolation：隔离性，事务隔离性的目的是要确保一个事务所做的修改在最终提交之前，对其他事务是不可见的。这一点其实是很难做到的，所以才有了iso level，隔离级别的概念。

Durability：持久性，一旦事务提交，修改就会永久保存在数据库中。

隔离级别

SQL标准定义了四种隔离级别：
READ UNCOMMITTED（未提交读）
事务中的修改即使没有提交，其他事务中也是能看见的。事务能够读取未提交数据也被称之为“脏读”（dirty read）。这个级别会导致很多问题，从性能上来说，READ UNCOMMITTED不对比其他级别好太多。但却缺乏其他级别的很多好处，除非真的有非常必要的理由，在实际应用中一般很少使用。

*** READ COMMITTED(提交读） ***
大部分数据库（SQL Server/Oracle等）默认的隔离级别，但Mysql不是。一个事务开始后，只能看到其他事务已经提交的修改。READ COMMITTED避免了脏读，但是READ COMMITTED不可重复读（nonrepeatable read），因为在一个事务中两次执行同样的查询，可能会读到不一样的结果。

REPEATABLE READ（可重复读）
可重复读确保了在一个事务中多次读取同样记录的结果是一致的。但是在理论上REPEATABLE READ还是无法解决另外一个幻读（phantom read）的问题。幻读指的是某个事务在读取某个范围内的记录时，另一个事务又在该范围内插入了新的记录，当之前的事务再次读取该范围内的数据时，会产生幻行（phantom row）。InnoDB和XtraDB存储引擎通过引入MVCC解决了幻读问题。

可重复读是MySql默认的隔离级别。

SERIALIZABLE（串行化）
最高隔离级别，通过强制事务串行执行避免幻读问题。简单来说RERIALIZABLE会在读取的每一行数据上加锁，所以可能会导致大量的超时和锁争夺问题，实际应用中很少用这个隔离级别。

死锁

死锁指的是两个或多个事务在统一资源上的相互占用，并请求锁定对方占用的资源，从而导致恶性循环的现象。

当多个事务试图以不同顺序锁定资源时，就可能产生死锁，多个事务同时锁定同一个资源时，也可能产生死锁。

比如，事务一：

start transaction;
update stock set price=1.2 where id=3;
update stock set price=1.5 where id=4;
commit;

事务二：

start transaction;
update stock set price=1.2 where id=4;
update stock set price=1.5 where id=3;
commit;

如果事务一执行了第一条update语句、锁定了第一条数据、事务二也执行了第一条update语句、锁定了第一条数据，此时两个事务准备执行第二条语句是发现已经被对方锁定，彼此等待对方释放锁资源、同时又持有对方等待的锁资源，这样就陷入了死循环，造成死锁。

死锁发生后必须有第三方介入才可能解除。比如大部分的数据库都设置了等待的timeout时长，超过该时长后事务会主动放弃等待（InnoDB引擎将持有最少行级排它锁的事务回滚）、rollback事务。

死锁是事务性数据库系统中不可避免的现象，我们可以认为死锁其实是数据一致性的一种保护性措施，但是我们在设计应用的时候，还是要在充分理解死锁底层逻辑的前提下，尽可能避免死锁的发生。

MVCC

MVCC是multi-version concurrency control的缩写，意思是多版本并发控制。多版本并发控制是尽可能避免加锁操作而实现数据库的ACID，因此开销更低。

MVCC是通过保存数据在某一个时间点的快照来实现的，也就是说，不管执行多长时间，每个事务看到的数据是一致的。根据事务开始时间的不同，每个事务对同一张表，同一时刻看到的数据可能是不一样的。

MVCC没有统一的实现标准，不同存储引擎的MVCC实现是不同的。

InnoDB的MVCC实现的简化版行为：

InnoDB的每行记录后面保存两个隐藏的列，一个保存行的创建时间、一个保存行的删除时间。但是实际记录的并不是时间，而是版本号。

没开始一个新的事务，版本号会自动递增，事务开始时刻的系统版本号会作为事务的版本号，用来和查询到的每行版本号作比较。

在REPEATABLE READ隔离级别下：

SELECT操作，InnoDB会以下两个条件检查每行记录：

1. 只查找版本早于当前事务版本号的数据行（也就是，行的系统版本号小于等于事务的系统版本号），这样可以确保事务读取的数据行，要么是事务开始前已经存在的，要么是当前事务插入或修改过的。
2. 行的删除版本要么未定义，要么大于当前事务版本号。这可以确保事务读到到的行，在事务开始之前未删除。

INSERT操作：
为插入的每一行保存当前事务的系统版本号作为行版本号。
DELETE操作：
为删除的每一行保存当前事务的系统版本号作为行的删除标识。
UPDATE操作：
插入一条新纪录，保存当前事务版本号作为行版本号，同时保存当前事务版本号到原有行作为删除标识。

MVCC机制可以确保在大多数情况下的读操作都不需要加锁，使得读数据操作很简单、性能更好，并且能确保读取到符合标准的数据。不足之处是每行记录都需要额外的空间，并且要做更多的检查工作，以及一些额外的维护工作。

MVCC只在REPEATABLE READ和READ COMMITTED 两个隔离级别下工作。其他两个隔离级别都和MVCC不兼容。