数据库事务ACID

数据库事务可以被定义为一个或者几个数据库允许的操作的集合。这个集合需要支持ACID特性。

在ACID特性中，隔离性（isolation）指的是不同事务在提交的时候，最终呈现出来的效果是串行的，换句话说，既是不同事务，按照提交的先后顺序执行，再换句话说，对于事务本身来说，它所感知的数据库，应该只有它自己在操作。那么最简单的方法，我们按照定义来实现数据库事务的隔离性即可，很明显这在同时并发有多个事务要执行的环境下是没有执行效率的，一个事务的执行，必然会阻塞其他事务的执行。所以SQL的标准制定者对此作出妥协，提出隔离性的四个等级，其中最高级隔离等级才是串行执行。在没有到达串行执行等级的情况下，事务又是并发执行的，总是或多或少会存在问题，这在后面的例子当中会讲到。

隔离性的四个等级

• 未提交读（read uncommitted）这个等级是最低等级，也可以认为，事务之间完全不隔离，事务A开始一个事务，接着事务B开始，事务B对数据C继续update，这时候，A读取了B未提交（commit）的数据，这种情况叫做脏读（dirty read）。这个时候要是事务B遇到错误必须rollback，那么A读取的数据就完全是错的。可以想象这样完全不隔离的状态下，我们相对于数据库的业务方程序员写的一个sql，提交个db的执行引擎，返回的结果是多么不可确定啊。

• 提交读（read committed）既然读取别的事务未提交的数据很不安全，那么在上一个等级完全裸奔的情况下，增加一个要求：事务读取的数据，都是别的事务已经提交了的。但是只要在还没达到串行执行的情况下，总会有问题的，事务A select了一条数据，接着事务B update 这条数据，然后commit，这时候A还未提交，A再回来读这条数据，发现数据居然变了，按照我们之前所说，我们的目标是：对于一个事务本身来说，它所感知的数据库，应该只有它自己在操作，那么A会觉得自己并没有更新数据啊，怎么数据突然变了，这种情况叫做 不可重复读（Non-repeatable reads）

• 可重复读（repeatable read）可重复读，即是在上一个级别的基础上，保证不会在一个事务内两次select同一条数据会出现变化，即是别的事务对你select的对象进行update操作不会影响。但是，如果是insert操作，在这个隔离级别还是会受到影响。事务A开启事务，并select一段有范围的数据，然后事务B开启事务，在先前A事务select的那段有范围的数据中insert一条数据，然后提交事务，接着事务A再select出来这段数据，发现数据多了一条，这种情况叫幻读（Phantom Read）

• 序列化读（serializable）这也就是最高级别，保证事务之间不会有任何踩踏，每个事务都可以认为只有它自己在操作数据库。

隔离性的实现

我们知道，如果要实现数据库事务最高隔离性，也就是最安全的隔离性，有个显而易见的实现就是当一个事务在执行的时候，其他全部事务都阻塞，等待这个事务执行完再执行，这在现代多核CPU环境下显然非常浪费计算资源。为了充分利用资源，必须支持并发，这里就涉及并发控制（Concurrency control）
这是一个非常大的主题，关系到数据库，有两个比较重要的方法，一个是用锁（lock），一个是称为多版本并发控制（MVCC）的方法。

通过锁的方式来实现隔离性

读写锁

读写锁的概念很平常，当你在读取数据的时候，应该先加读锁，读取完之后的某个时间再解开读锁，那么加了读锁的数据，应该需要有什么特性呢，应该只能读，不能写，因为加了读锁，说明有事务准备读取这个数据，如果被别的事务重写这个事务，那数据就不准确了。所以一个事务给这个数据加了读锁，别的事务也可以对这个数据加读锁，因为大家都是只读不写。

写锁则具有排他性（exclusive lock），当一个事务准备对一个数据进行写操作的时候，先要对数据加写锁，那么数据就是可变的，这时候，其他事务就无法对这个数据加读锁了，除非这个写锁释放。

两端式提交锁（Two-phase locking）

两段式提交分为两步：

1. 这个阶段只加锁，或者释放锁（读写锁）
2. 这个阶段只会释放锁

下面对应于不同隔离级别对加锁方式进一步分析：

• 未提交读（read uncommitted）：这个级别加锁，其实并不需要用两端式加锁，每一个具体操作执行完，锁就可以释放了。

• 提交读（read committed）：这个阶段其实也可以按照每个操作执行前加锁，执行之后释放锁的方式。

• 可重复读（repeatable read） ： 这个级别，就要求读锁必须，到事务结束前最后时刻才能释放，这样才能保证读取到数据是不可变的，可重复读的。但是这样会阻塞其他事务对加锁的数据的写操作。

• 序列化读（serializable）：这个级别要求，两段式提交的第一步，要在事务开始的时候，原子性的把需要的锁全部加好（这显然很难估算，除非很大力度的锁），在事务结束前最后时刻，把全部锁一次性释放。这样做的结果就是使很多数据在事务执行期能都被加锁，无法被其他事务所使用。

使用多版本并发控制（MVCC）

加锁的方式处理事务一个比较大的问题就是会造成死锁（dead lock）,原因就是一个事务加锁的数据并不止只有一行。事务A对行C加写锁，事务B对行D加写锁，接着事务希望获取行D的锁，事务B希望获取行C的锁，这样很容就死锁了。

使用MVCC就可以避免很多情况下的加锁操作，使用数据冗余的方式来实现事务隔离（这真是个很好的设计啊）

什么是MVCC

MVCC提供的只是一种思路，具体的实现比较多样化。大体的思路是每一行保存冗余数据，读写的时间戳，也可以称为版本号，在对某一行数据继续update或者delete的时候，并不直接操作，而是复制多一份副本进行操作，这个就是所谓多版本（multiversion）

mysql innodb对于MVCC的实现

innodb对每一行保存两个系统版本号，一个更新操作的版本号，一个删除操作的版本号，这两个版本号的来源是事务的ID（transaction id），也就是说，当某个事务对这一行数据进行update，或者删除的时候，相应会把它的事务ID写入这行数据的更新操作的版本号，删除操作的版本号中。

事务ID是随时间推移而增长，而且不可重复的。一个事务打开之后：

• 对于select操作：每次只会select具有比当前事务ID更小的更新操作版本号的数据，而且这些数据要保证删除版本号为空，或者删除版本号大于当前事务ID。
• 对于update操作：对该行数据复制出一份副本，同时在更新操作版本号写入当前事务ID，同时把当前事务ID写入之前的删除操作的版本号中。
• 对于insert操作：写入新行，同时在更新操作版本号写入当前事务ID
• 对于delete操作：在删除操作版本号写入当前事务ID

mysql官方innodb的实现是用MVCC，官方声称默认的innodb的隔离级别是可重复读。但是mysql是保证不会出现幻读的，因为它每次select只会读取在事务开始时候的snapshot，并且忽略在这个时刻之后提交的所有变更。consistent read

mysql官方文档提到串行隔离级别要在原来的基础说对每一个select操作执行SELECT ... LOCK IN SHARE MODE
这样就可以读取的数据加读锁了，那么其他试图写入数据都必须阻塞。那么就可以实现序列化串行了。