事務(wù)概述

事務(wù)是數(shù)據(jù)庫區(qū)別于文件系統(tǒng)的重要特性之一，當(dāng)我們有了事務(wù)就會讓數(shù)據(jù)庫始終保持一致性，同時我們還能通過事務(wù)機(jī)制恢復(fù)到某個時間點(diǎn)，這樣可以保證已提交到數(shù)據(jù)庫的修改不會因?yàn)橄到y(tǒng)崩潰而丟失。

1、基本概念

事務(wù)：一組邏輯操作單元，是數(shù)據(jù)庫從一種狀態(tài)變換到另一種狀態(tài)。

事務(wù)處理的機(jī)制：保證所有的事務(wù)都作為一個工作單元來執(zhí)行，即使出項(xiàng)了故障，都不能改變這種執(zhí)行方式。當(dāng)在一個事務(wù)中執(zhí)行多個操作時，要么所有的事務(wù)都提交commit,那么這些修改就永久的保存下來；要么數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將放棄所作的所有修改，整個事務(wù)回滾rollback到最初狀態(tài)

#案例：AA用戶給BB用戶轉(zhuǎn)賬100
update account set money = money - 100 where name = 'AA';
update account set money = money + 100 where name = 'BB';

2、事務(wù)的ACID特性

• 原子性（atomicity）

原子性是指事務(wù)是一個不可分割的工作單元，要么全部提交，要么全部失敗回滾。既要么轉(zhuǎn)賬成功，要么轉(zhuǎn)賬失敗，是不存在中間的狀態(tài)。如果無法保證原子性會怎么樣？就會出項(xiàng)數(shù)據(jù)不一致的情形，A賬戶減去100元，而B賬戶增加100元操作失敗，系統(tǒng)將無故丟失100元。

• 一致性（consistency）

一致性是指事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)從一個合法性狀態(tài)變換到另外一個合法性狀態(tài)。這種狀態(tài)是語義上的而不是語法上的，跟具體的業(yè)務(wù)有關(guān)。

那什么是合法的數(shù)據(jù)狀態(tài)呢？滿足預(yù)定的約束的狀態(tài)就叫做合法的狀態(tài)。通俗一點(diǎn)，這狀態(tài)是由你自己來定義的（比如滿足現(xiàn)實(shí)世界中的約束）。滿足這個狀態(tài)，數(shù)據(jù)就是一致性的，不滿足這個狀態(tài)，數(shù)據(jù)就是不一致的！如果事務(wù)中的某個操作失敗了，系統(tǒng)就會自動撤銷當(dāng)前正在執(zhí)行的事務(wù)，返回到事務(wù)操作之前的狀態(tài)。

舉例1：A賬戶有200元，轉(zhuǎn)賬300元出去，此時A賬戶余額為-100元。你自然就發(fā)現(xiàn)了此時數(shù)據(jù)是不一致的，為什么呢？因?yàn)槟愣x了一個狀態(tài)，余額這列必須>=0。

舉例2：A賬戶有200元，轉(zhuǎn)賬50元給B賬戶，A賬戶的錢扣了，但是B賬戶因?yàn)楦鞣N意外，余額并沒有增加。你也知道此時數(shù)據(jù)是不一致的，為什么呢？因?yàn)槟愣x了一個狀態(tài)，要求A+B的總余額 必須不變。

• 隔離性（isolation）

事務(wù)的隔離性是指一個事務(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)干擾，即一個事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對并發(fā)的其他事務(wù)是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個事務(wù)之間不能互相干擾。

如果無法保證隔離性會怎么樣？假設(shè)A賬戶有200元，B賬戶0元，A賬戶往B賬戶轉(zhuǎn)賬兩次，每次金額為50元，分別在兩個事務(wù)中執(zhí)行。如果無法保證隔離性，會出項(xiàng)下面的情形:

UPDATE accounts SET money = money - 50 where NAME = 'AA';UPDATE accounts SET money = money + 50 where NAME = 'BB';

事務(wù)1	事務(wù)2
從磁盤上將A賬戶余額讀取到變量A中 A為200
執(zhí)行操作A=A-50
將A的值寫回磁盤 A為150
從磁盤中將B賬戶余額讀取到變量B中 B為0
執(zhí)行操作B=B+50
	從磁盤上將A賬戶余額讀取到變量A中 A為150
	執(zhí)行操作A=A-50
	將A的值寫回磁盤 A為100
	從磁盤中將B賬戶余額讀取到變量B中 B為0
	執(zhí)行操作B=B+50
	將B值寫回磁盤 B為50
將B值寫回磁盤 B為50

• 持久性（durability）

持久性是指一個事務(wù)一旦被提交，它對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的改變就是永久性的，接下來的其他操作的數(shù)據(jù)庫故障不應(yīng)該對其他有任何影響。

持久性是通過事務(wù)日志來保證的。日志包括了重做日志和回滾日志。當(dāng)我們通過事務(wù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的時候，首先會將數(shù)據(jù)庫的變化信息記錄到重做日志中，然后再對數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的行進(jìn)行修改。這樣中的好處是，即使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)崩潰，數(shù)據(jù)庫重啟后也能找到?jīng)]有更新到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的重做日志，重新執(zhí)行，從而使事務(wù)具有持久性。

總結(jié)：ACID是事務(wù)的四大特性，在這四個特性中，原子性是基礎(chǔ)，隔離性是手段，一致性是約束條件，而持久性是我們的目的。數(shù)據(jù)庫事務(wù)，其實(shí)就是數(shù)據(jù)庫設(shè)計者為了方便起見，把需要保證的原子性，隔離性，一致性和持久性的一個或多個數(shù)據(jù)庫操作稱為一個事務(wù)。

3、數(shù)據(jù)并發(fā)問題

針對事務(wù)的隔離性和并發(fā)性，我們怎么做取舍呢？先看一下訪問相同數(shù)據(jù)的事務(wù)在不保證串行執(zhí)行（也就是執(zhí)行完一個再執(zhí)行另一個）的情況下可能會出現(xiàn)哪些問題：

1、臟寫（Dirty Write）

對于兩個事務(wù)SessionA、SessionB，如果事務(wù)SessionA修改了另一個未提交事務(wù)SessonB修改過的數(shù)據(jù)，那就意味著發(fā)生了臟寫，如圖所示：

發(fā)生時間編號	SessionA	SessionB
1	Begin;
2		Begin;
3		UPDATE student SET name = ‘李四’ WHERE studentno = 1;
4	UPDATE student SET name=‘張三’ WHERE studentno = 1;
5	COMMIT;
6		ROLLBACK;

SessionA和SessionB各開啟了一個事務(wù)，SessionB中的事務(wù)先將studentso列為1的記錄的name更新為‘李四’，然后SessionA中的事務(wù)接著又把這條studentno列為1的記錄的name列更新為‘張三’。如果之后SessionB中的事務(wù)進(jìn)行了回滾，那么SessionA中更新也將不復(fù)存在，這種現(xiàn)象就稱之為臟寫。這時SessionA中的事務(wù)就沒有效果了，明明把數(shù)據(jù)更新了，最后也提交事務(wù)了，最后看到的數(shù)據(jù)沒有變化。這里大家對事務(wù)的隔離級別比較了解的話，會發(fā)現(xiàn)默認(rèn)隔離級別下，上面SessionA中的更新語句會處于等待狀態(tài)，這里只是跟大家說明一下會出現(xiàn)這樣現(xiàn)象。

2、臟讀（Dirty Read）

對于兩個事務(wù)SessionA、SessionB，Session A 讀取了已經(jīng)被Session B更新但還沒有被提交的字段。之后若Session B回滾，Session A 讀取的內(nèi)容就是臨時且無效的。如圖所示：

發(fā)生時間編號	SessionA	SessionB
1	Begin;
2		Begin;
3		UPDATE student SET name = ‘張三’ WHERE studentno = 1;
4	SELECT * FROM student WHERE studentno = 1;(如果讀取到列name的值為’張三’，則意味著發(fā)生了臟讀)
5	COMMIT;
6		ROLLBACK;

SessionA和SeesionB各開啟了一個事務(wù)，SessionB中的事務(wù)先將studentno列為1的記錄的name列更新為‘張三’，然后SessionA中的事務(wù)再去查詢這條studentno為1的記錄，如果讀取到列name的值為’張三‘，而Session B中的事務(wù)稍后進(jìn)行了回滾，那么SessionA中的事務(wù)相當(dāng)于讀取到了一個不存在的數(shù)據(jù)，這種現(xiàn)象就稱之為臟讀。

3、不可重復(fù)讀（Non-Repeatable Read）

對于兩個事務(wù)SessionA、SessionB，Session A讀取了一個字段，然后SessionB更新了該字段，之后Session A再次讀取同一個字段，值就不同了，那就意味著發(fā)生了不可重復(fù)讀。

發(fā)生時間編號	SessionA	SessionB
1	Begin;
2	SELECT * FROM student WHERE studentno = 1;(此時讀到的列name的值為’王五‘)
3		UPDATE student SET name= ‘張三’ WHERE studentno = 1;
4	SELECT * FROM student WHERE studentno = 1;(如果讀到列name的值為’張三‘，則意味著發(fā)生了不可重復(fù)讀)
5		UPDATE student SET name = ‘李四’ WHERE studentno = 1;
6	SELECT * FROM student WHERE studentno = 1;(如果讀到列name的值為’李四‘，則意味著發(fā)生了不可重復(fù)讀)

我們在Session B中提交幾個隱式事務(wù)（注意是隱式事務(wù)，意味著語句結(jié)束事務(wù)就提交了），這些事務(wù)都修改了studentno列為1的記錄的列name的值，每次事務(wù)提交之后，如果Session A中的事務(wù)都可以查看到最新的值，這種現(xiàn)象就稱之為不可重復(fù)讀。

4、幻讀（Phantom）

對于兩個事務(wù)Session A、Session B，SessionA從一個表中讀取了一個字段，然后SessionB在該表中插入 了一些新的行。之后，如果Session A再次讀取同一個表，就會出多幾行。那就意味著發(fā)生了幻讀。

發(fā)生時間編號	SessionA	SessionB
1	Begin;
2	SELECT * FROM student WHERE studentno>0;(此時讀取到的列name的值為’張三‘)
3		INSERT INTO student VALUES (2,‘趙六’,‘2班’)；
4	SELECT * FROM student WHERE studentno>0;(如果讀取到了列name的值為’張三‘、’趙六‘的記錄，則意味著發(fā)生了幻讀)

SessionA中的事務(wù)先根據(jù)條件studentno >0這個條件查詢表student,得到了name的值為’張三‘的記錄；之后SessionB中提交了一個隱式事務(wù)，該事務(wù)向表student中插入了一條新的記錄；之后SessionA中的事務(wù)再根據(jù)相同的條件studentno > 0 查詢表student，得到的結(jié)果集中包含Session B中的事務(wù)新插入的那條記錄，這種現(xiàn)象也被稱之為幻讀。我們把新插入的那些記錄稱之為幻影記錄。

注意1：

有的同學(xué)會產(chǎn)生疑問，那如果SessionB中刪除了一些符合studentno > 0的記錄而不是插入新記錄，那Session A之后再根據(jù)studentno > 0的條件讀取的記錄變少了，這種現(xiàn)象算不算幻讀呢？這種現(xiàn)象不屬于幻讀，幻讀強(qiáng)調(diào)的是一個事務(wù)按照某個相同條件多次讀取記錄時，后讀取時讀到了之前沒有讀到的記錄。

注意2：

那對于先前已經(jīng)讀到的記錄，之后又讀取不到這種情況，算啥呢？這相當(dāng)于對每一條記錄都發(fā)生了不可重復(fù)讀的現(xiàn)象。幻讀只是重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了讀取到了之前讀取沒有獲取到的記錄。

4、SQL中的四種隔離級別

上面介紹了幾種并發(fā)事務(wù)執(zhí)行過程中可能遇到的一些問題，這些問題有輕重緩急之分，我們給這些問題按照嚴(yán)重性來排一下序：

臟寫 > 臟讀 > 不可重復(fù)讀 > 幻讀

我們愿意舍去一部分隔離性來換取一部分性能在這里就體現(xiàn)在：設(shè)立一些隔離級別，隔離級別越低，并發(fā)問題發(fā)生的就越多。SQL標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)立了4個隔離級別：

• READ UNCOMMITTED：讀未提交，在該隔離級別，所有事務(wù)都可以看到其他未提交事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。不能避免臟讀，不可重復(fù)讀，幻讀。
• READ COMMITTED：讀已提交，它滿足了隔離的簡單定義：一個事務(wù)只能看見已經(jīng)提交事務(wù)所做的改變。這是大多數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的默認(rèn)隔離級別（但不是MySQL默認(rèn)的）?？梢员苊馀K讀，但不可重復(fù)讀，幻讀問題仍然存在。
• REPEATABLE READ：可重復(fù)讀，事務(wù)A在讀到一條數(shù)據(jù)之后，此時事務(wù)B對該數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改并提交，那么事務(wù)A再讀該數(shù)據(jù)，讀到的還是原來的內(nèi)容?？梢员苊馀K讀，不可重復(fù)讀，但幻讀問題仍然存在。這是MySQL的默認(rèn)隔離級別。
• SERIALIZABLE：可串行化，確保事務(wù)可以從一個表中讀取相同的行。在這個事務(wù)持續(xù)期間，禁止其他事務(wù)對該表執(zhí)行插入，更新和刪除操作。所有的并發(fā)問題都可以避免，但性能十分底下。能避免臟讀、不可重復(fù)讀和幻讀。

SQL標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，針對不同的隔離級別，并發(fā)事務(wù)可以發(fā)生不同嚴(yán)重程度的問題，具體情況如下：

隔離級別	臟讀可能性	不可重復(fù)讀可能性	幻讀可能性	加鎖讀
READ UNCOMMITTED	Yes	Yes	Yes	No
READ COMMITTED	No	Yes	Yes	No
REPEATABLE READ	No	No	Yes	No
SERIALIZABLE	No	No	No	Yes

Yes：表示會出現(xiàn)的可能性，No：表示不會出現(xiàn)的可能性。

臟寫沒有涉及到？因?yàn)榕K寫這個問題太嚴(yán)重了，不論是哪種隔離級別，都不允許臟寫的情況發(fā)生。

不同的隔離級別有不同的現(xiàn)象，并有不同的鎖和并發(fā)機(jī)制，隔離級別越高，數(shù)據(jù)庫的并發(fā)性能就越差。