事务隔离级别和MVCC

事务隔离级别

事务并发执行时遇到的一致性问题

脏写

如果一个事务修改了另一个为提交事务修改过的事务，就意味着发生了脏写现象。我们可以把脏写现象简称为P0.假设现在事务T1和T2并发执行，它们都要访问数据项x（可以把数据项x当作一条记录的某个字段）。那么P0对应的操作执行序列如下所示:

p0: w1[x]...w2[x]...((c1 or a1) and (c2 or a2) in any order)

其中w1[x]表示事务T1修改了数据项x的值，w2[x]表示T2修改了数据项x的值，c1表示事务T1的提交（Commit），a1表示事务T1的中止（Abort），c2表示事务T2的提交，a2表示事务的中止，...表示其他的一些操作。从P0到操作执行序列中可以看出，事务T2修改了未提交事务T1修改过的数据，所以发生了脏写现象。

脏写现象可能引发一致性问题。比方说事务T1和T2要修改x和y这两个数据项（修改不同的数据项就相当于修改不同记录的字段），我们的一致性需求就是让x的值和y的值始终相同。现在并发执行事务T1和T2，它们的操作执行序列如下所示：

w1[x=1]w2[x=2]w2[y=2]c2w1[y=1]c1

很显然事务T2修改了尚未提交的事务T1的数据项x，此时发生了脏写现象。如果我们允许脏写现象的发生，那么在T1和T2全部提交之后，x的值是2，而y的值却是1，不符合 "x的值和y的值始终相同" 的一致性需求。

另外脏写现象也可能破坏原子性和持久性。比如说有x和y这两个数据项，它们初始的值都是0，两个并发执行的事务T1和T2有下面的操作执行序列：

w1[x=2]w2[x=3]w2[y=3]c2a1

也就是T1先修改了数据项x，然后T2修改了数据项x和数据项y，然后T2提交，最后T1中止。现在的问题是T1中止时，需要将它对数据库所做的修改回滚到该事务开启时的样子，也就是将数据项x的值修改为0。但是此时T2已经修改过数据项x并且提交了，如果要将T1回滚的话，相当于要对T2对数据库所做的修改进行部分回滚（部分回滚是指T2只回滚对x做的修改，而不回滚对y做的修改），这就影响到了事务的原子性。如果要将T2对数据库所做的修改全部回滚的话，那么明明T2已经提交了，它对数据库所做的修改应该具有持久性，怎么能让一个未提交的事务将T2的持久性破坏呢？所以这时候就会很尴尬。

脏读

如果一个事务读到了另一个未提交修改过的数据，就意味着发生了脏读现象，我们可以把脏读现象简称为P1。假设现在事务T1和T2并发执行，它们都要访问数据项x。那么P1对应的操作执行序列如下所示：

P1: w1[x]...r2[x]...((c1 or a1) and (c2 or a2) in any order)

脏读现象也可能引发一致性问题。比如说事务T1和T2中要访问x和y这两个数据项，我们的一致性需求就是让x的值和y的值始终相同，x和y的初始值都是0.现在并发执行事务T1和T2，它们的操作执行序列如下所示：

w1[x=1]r2[x=1]r2[y=0]c2w1[y=1]c1

很显然T2是一个只读事务，依次读取x和y的值。可以由于T2读取的数据项x是未提交事务T1修改过的值，所以导致最后读取x的值为1，y的值为0。虽然最终数据库状态还是一致的（最终变为了x=1，y=1），但是T2却得到了一个不一致的状态。数据库的不一致状态是不应该暴露给用户的。

P1代表的事务的操作执行序列其实是一种脏读的广义解释，针对脏读还有一种严格节食。为了与广义解释进行区分，我们把脏读的严格解释称为A1，A1对应的操作执行序列如下所示：

A1: w1[x]...r2[x]...(a1 and c2 in any order)

也就是T1先修改了数据项x的值，然后T2又读取了未提交事务T1针对数据项x修改后的值，之后T1中止而T2提交。这就意味着T2读取到了一个根本不存在的值，这也是脏读的严格解释。很显然脏读的广义解释是覆盖严格解释包含的范围内的。

不可重复度

如果一个事务修改了另一个未提交事务读取的数据，就意味着发生了不可重复度现象，或者叫模糊读现象。我们可以把不可重复度现象简称为P2。假设现在事务T1和T2并发执行，它们都要访问数据项x。那么P2对应的操作执行序列如下所示：

r1[x=0]w2[x=1]w2[y=1]c2r1[y=1]c1

很显然T1是一个只读事务，依次读取x和y的值。可是由于T1在读取数据项x后，T2接着修改了数据项x和y的值，并且提交，之后T1再读取数据项y。这个过程中虽未发生脏写和脏读（因为T1读取y的值时，T2已经提交），但最终T1的到的x的值为0，y的值为1。很显然这是一个不一致的状态，这种不一致的状态是不应该暴露给用户的。
P2代表的事务的操作执行序列其实是一种广义解释，针对不可重复度还有一种严格解释。为了与广义解释进行区分，我们把不可重复读的严格解释称为A2，A2对应的操作执行序列如下所示：

A2: r1[x]...w2[x]...c2...r1[x]...c1

也就是T1先读取了数据项x的值，然后T2又修改了未提交事务T1读区等数据项x的值，之后T2提交，然后T1再次读区数据项x等值时会得到与第一次读取时不同的值。这也是不可重复读的严格解释。很显然不可重复度的广义解释是覆盖严格解释包含的范围的。

幻读

如果一个事务先根据某些搜索条件查询出一些记录，在该事务未提交时，另一个事务写入了一些符合那些搜索条件的记录（这里的写入可以指INSERT、DELETE、UPDATE操作），就意味着发生了幻读现象。我们可以把幻读现象简称为P3。假设现在事务T1和T2并发执行，那么P3对应的操作执行序列如下所示：

P3: r1[p]...w2[y in P]...((c1 or a1) and (c2 or a2) any order)

其中r1[p]表示T1读取一些符合搜索条件P的记录，w2[y in p]表示T2写入一些符合搜索条件p的记录。

幻读现象也可能引发一致性问题。比如说现在符合搜索条件的记录条数有3条。我们有一个数据项z专门表示符合搜索条件P的记录条数，它的初始值是3。我们的一致性需求就是让z表示符合搜索条件P的记录数。现在并发执行事务T1和T2，它们的操作执行序列如下所示：

r1[p]w2[insert y to p]r2[z=3]w2[z=4]c2r1[z=4]c1

T1先读取符合搜索条件p的记录，然后T2插入了一条符合搜索条件p的记录，并且更新数据项z的值为4。然后T2提交，之后T1再读取数据项z。z的值变为了4，这与T1之前实际读取出的符合搜索条件p的记录条数不合，不符合一致性需求。

P3代表的事务执行操作序列其实是一种广义解释，针对幻读还有一种严格解释。为了与广义解释进行区分，我们把幻读的严格解释称为A3，A3对应的操作序列如下所示：

A3: r1[p]...w2[y in p]...c2...r1[p]...c1

也就是T1先读取符合搜索条件p的记录，然后T2写入了符合搜索条件p的记录。之后T1再读取符合搜索条件p的记录时，会发现两次读取的记录是不一样的。

SQL标准中的4种隔离级别

以上介绍了在并发事务执行过程中可能会遇到的一些现象，这些现象可能会对事务的一致性产生不同程度的影响。我们按照可能导致一致性问题的严重性给这些对象排一下序:

脏写>脏读>不可重复度>幻读

在这里，"舍弃一部分隔离性来换取一部分性能" 体现为：设立一些隔离级别，隔离级别越低，就越有可能发生越严重的问题。有一帮人（并不是设计MySQL的大叔）指定了一个SQL标准，在标准中设立了4个隔离级别。

READ UNCOMMITTED：未提交读
READ COMMITTED：已提交读
REPEATABLE READ：可重复读
SERIALIZABL：可串行化

SQL标准中规定（是SQL标准规定，不是MySQL中规定）:针对不同的隔离级别，并发事务执行过程中可以发生不同的现象，具体情况如下：

隔离级别	脏读	不可重复度	幻读
READ UNCOMMITTED	可能	可能	可能
READ COMMITTED	不可能	可能	可能
REPEATABLE READ	不可能	不可能	可能
SERIALIZABL	不可能	不可能	不可能

也就是说

在READ UNCOMMITTED隔离级别下，可能发生脏读、不和重复读和幻读现象;
在READ COMMITTED隔离级别下，可能发生不可重复读和幻读现象，但是不可能发生脏读现象;
在REPEATABLE READ隔离级别下，可能发生幻读现象，但是不可能发生脏读和不可重复读现象;
在SERIALIZABL隔离级别下，上述各种现象都不可能发生。

脏写是怎么回事？怎么上面没有提到？这是因为脏写这个现象对一致性影响太严重了，无论是哪种隔离级别，都不允许脏写的情况发生。

MySQL中支持的4种隔离级别

不同的数据库厂商对SQL标准中规定的4种隔离级别的支持不太一样。比如，Oracle就只支持READ COMMITTED和SERIALIZABLE隔离级别。MySQL虽然支持4种隔离级别，但与SQL标准中规定的各级隔离级别允许发生的现象有些出入————MySQL在REPEATBLE READ隔离级别下，可以很大程度上禁止幻读现象的发生。

MySQL的默认隔离级别为REPEATABLE READ。

设置事务的隔离级别

如果我们想让事务在不同的隔离级别中运行，可以通过下面的语句修改事务的隔离级别：

SET [GLOBAL | SESSION] TRANSACTION ISOLATION LEVEL level;

其中，level有4个可选值：

level: {
    READ UNCOMMITTED | READ COMMITTED | REPEATABLE READ | SERIALIZABL
}

事务隔离级别和MVCC