Python数据库操作必备：事务隔离级别全解析

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在数据库操作中，事务隔离是保证数据一致性和并发控制的重要机制。事务隔离级别决定了一个事务可以看到其他事务的哪些更改，常见的隔离级别包括未提交读（Read Uncommitted）、提交读（Read Committed）、可重复读（Repeatable Read）和可串行化（Serializable）。本文将详细介绍这些隔离级别，并展示如何在Python中使用事务隔离，提供相应的示例代码。

事务和隔离级别概述

事务是数据库管理系统中的基本工作单元，用于将多个操作组合成一个逻辑单元。

事务具有四个主要特性（ACID）：

• 原子性（Atomicity）：事务中的所有操作要么全部执行，要么全部不执行。
• 一致性（Consistency）：事务执行前后，数据库都处于一致的状态。
• 隔离性（Isolation）：一个事务的执行不应影响其他事务的执行。
• 持久性（Durability）：事务一旦提交，其结果就永久保存在数据库中。

隔离级别是事务的一个重要属性，定义了一个事务在多大程度上与其他事务隔离。不同的隔离级别可以防止不同程度的数据并发问题。

四种隔离级别

1. 未提交读（Read Uncommitted）：

   • 事务可以读取未提交的数据。
   • 可能会导致脏读（Dirty Read）问题。

2. 提交读（Read Committed）：

   • 事务只能读取已提交的数据。
   • 防止脏读，但可能会导致不可重复读（Non-repeatable Read）问题。

3. 可重复读（Repeatable Read）：

   • 事务在开始时看到的数据是一致的，即使其他事务修改了数据。
   • 防止脏读和不可重复读，但可能会导致幻读（Phantom Read）问题。

4. 可串行化（Serializable）：

   • 最高的隔离级别，事务完全隔离，类似于串行执行。
   • 防止脏读、不可重复读和幻读，但性能开销最大。

Python中的事务管理

在Python中，使用事务管理通常依赖于数据库驱动程序或ORM框架。

使用 sqlite3 模块

sqlite3 模块是Python内置的SQLite数据库驱动程序。SQLite支持部分隔离级别设置。

示例：在 sqlite3 中使用事务隔离

import sqlite3

# 连接到SQLite数据库
conn = sqlite3.connect('example.db')
cursor = conn.cursor()

# 设置隔离级别为 DEFERRED，相当于 Read Uncommitted
conn.isolation_level = 'DEFERRED'

# 创建表
cursor.execute('''CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (id INTEGER PRIMARY KEY, name TEXT)''')

# 开始事务
conn.execute('BEGIN')

# 插入数据
cursor.execute('INSERT INTO users (name) VALUES (?)', ('Alice',))
cursor.execute('INSERT INTO users (name) VALUES (?)', ('Bob',))

# 提交事务
conn.commit()

# 查询数据
cursor.execute('SELECT * FROM users')
rows = cursor.fetchall()
for row in rows:
    print(row)

# 关闭连接
conn.close()

使用 psycopg2 模块

psycopg2 是用于PostgreSQL数据库的驱动程序。PostgreSQL支持所有标准的事务隔离级别。

示例：在 psycopg2 中使用事务隔离

import psycopg2

# 连接到PostgreSQL数据库
conn = psycopg2.connect(
    dbname='yourdbname',
    user='yourusername',
    password='yourpassword',
    host='localhost'
)

# 设置隔离级别为 Read Committed
conn.set_isolation_level(psycopg2.extensions.ISOLATION_LEVEL_READ_COMMITTED)

cursor = conn.cursor()

# 创建表
cursor.execute('''CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (id SERIAL PRIMARY KEY, name VARCHAR(100))''')

# 开始事务
conn.autocommit = False

# 插入数据
cursor.execute('INSERT INTO users (name) VALUES (%s)', ('Alice',))
cursor.execute('INSERT INTO users (name) VALUES (%s)', ('Bob',))

# 提交事务
conn.commit()

# 查询数据
cursor.execute('SELECT * FROM users')
rows = cursor.fetchall()
for row in rows:
    print(row)

# 关闭连接
conn.close()

使用 SQLAlchemy ORM

SQLAlchemy 是一个强大的Python SQL工具包和ORM框架，支持多种数据库。它也提供了对事务和隔离级别的支持。

示例：在 SQLAlchemy 中使用事务隔离

from sqlalchemy import create_engine, Column, Integer, String
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

Base = declarative_base()

# 定义模型
class User(Base):
    __tablename__ = 'users'
    id = Column(Integer, primary_key=True)
    name = Column(String)

# 创建数据库引擎
engine = create_engine('postgresql+psycopg2://yourusername:yourpassword@localhost/yourdbname')

# 创建表
Base.metadata.create_all(engine)

# 创建会话
Session = sessionmaker(bind=engine)
session = Session()

# 设置事务隔离级别为 Repeatable Read
session.connection().connection.set_isolation_level(psycopg2.extensions.ISOLATION_LEVEL_REPEATABLE_READ)

# 开始事务
session.begin()

# 插入数据
session.add(User(name='Alice'))
session.add(User(name='Bob'))

# 提交事务
session.commit()

# 查询数据
users = session.query(User).all()
for user in users:
    print(user.id, user.name)

# 关闭会话
session.close()

事务隔离的应用场景

防止脏读

在银行系统中，防止读取到未提交的转账记录。

# 读取转账记录前设置隔离级别为 Read Committed
conn.set_isolation_level(psycopg2.extensions.ISOLATION_LEVEL_READ_COMMITTED)

防止不可重复读

在电商系统中，确保用户查看购物车时不会看到不同的商品价格。

# 查看购物车前设置隔离级别为 Repeatable Read
conn.set_isolation_level(psycopg2.extensions.ISOLATION_LEVEL_REPEATABLE_READ)

防止幻读

在数据统计系统中，确保统计数据时不会出现新增或删除的记录。

# 统计数据前设置隔离级别为 Serializable
conn.set_isolation_level(psycopg2.extensions.ISOLATION_LEVEL_SERIALIZABLE)

总结

本文详细介绍了Python中事务隔离的概念和实现方法，涵盖了未提交读、提交读、可重复读和可串行化四种隔离级别。通过具体示例，展示了如何在SQLite、PostgreSQL和SQLAlchemy中设置和使用这些隔离级别，以防止脏读、不可重复读和幻读等数据并发问题。掌握这些技巧可以帮助在开发过程中更好地管理数据库事务，确保数据的一致性和完整性，提高系统的可靠性和性能。