事务ACID属性与隔离级别

概念

数据库领域中的事务指的是一系列对数据库的操作集合，是数据库管理系统（DBMS）定义的一个执行单位。事务的作用体现在两个方面：

• 在并发访问数据库的场景中，利用事务来隔离多个应用程序的操作，避免多个操作彼此之间相互影响
• 提供一种从失败中恢复到正常状态的方法，同时提供数据库即使在异常状态仍能保持一致性的方法

当然以上两条是事务理论上应该持有的特性，但是实际应用过程中，由于业务需求的不同或配置方式不同，事务对以上两个方面的满足程度也不尽相同。

ACID 属性

事务是 DBMS 定义的一个逻辑概念，其作为一个执行单元，内部包含了一系列数据库操作。但是并非所有的数据库操作序列都可以被归纳为事务，可以通过四个属性来描述事务：

• 原子性（Atomicity）：事务中包含的操作集合，要么全部操作执行完成，要么全部都不执行。即当事务执行过程中，发生了某些异常情况，如系统崩溃、执行出错，则需要对已执行的操作进行回滚，清除所有执行痕迹。
• 一致性（Consistency）：事务执行前和事务执行后，数据库的完整性约束不被破坏。即事务的执行是从一个有效状态转移到另一个有效状态。
• 隔离性（Isolation）：多个事务并发执行时，彼此之间不应该存在相互影响。隔离程度不是绝对的，每个数据库都提供有自己的隔离级别，每个数据库的默认隔离级别也不尽相同。
• 持久性（Durability）：事务正常执行完毕后，对数据库的修改是永久性的。即事务的修改操作已经记录到了存储介质中。

note：
原子性和一致性约束的内容不同，事务中的操作，全部执行或全部不执行是原子性约束，一致性要求的是数据库完整性约束条件不被破坏，例如在 表上建立对 表的外键关联约束，则向 表插入记录时，若关联的 表不存在对应记录，就是违反了一致性约束。

事务所能体现出的作用就是通过其所具有的属性定义的，隔离性保证了数据库的并发访问中，多个事务之间彼此隔离，避免相互影响；原子性则保证了即使事务执行失败，仍然能够将数据库恢复到执行前状态；一致性则是在数据库操作执行异常时，维护健康的关系约束条件不被破坏掉。持久性则是保证数据的修改被记录到持久化设备上，不受系统异常或设备断电的影响。

隔离级别

在实际应用中，对数据库的并发访问是必然的，如何在多个事务的同时操作下保证每个业务流都能获取正确的结果，依靠的就是 DBMS 提供的不同程度的隔离级别。ANSI/ISO SQL 定义的标准隔离级别如下：

• 未提交读(Read Uncommitted)：一个事务过程中可以读取到其他事务对数据的未提交修改。即事务的修改阶段未加排他锁，对其他事务可见。例如事务 可能读取到只是事务 中某一步的修改状态，即存在脏读的现象。

脏读指的是，事务读取到的数据可能是不正确、不合理或者处于非法状态的数据，例如在事务 读取后，事务 可能又对数据做了修改，或者事务 中某些操作违反了一致性约束，作了回滚操作，该情况下事务 读取到的数据称之为脏数据，该行为称之为脏读。

• 提交读(Read Committed)：一个事务过程中只能读取到其他事务对数据的提交后修改。即事务的修改阶段加了排它锁，直到事务结束才释放，执行读命令那一刻加了共享锁，读完即释放，以此维持事务修改阶段对其他事务的不可见。例如事务 读取到的只能是事务 提交完成后的状态。该隔离级别避免了脏读现象，但正是由于事务 可能读取到的是事务 修改完成后的数据，以致出现了不可重复读现象。

不可重复读指的是，对于同一个事务的前后两次读取操作，读取到的内容不同。例如在事务 读取操作后，事务 可能对数据做了修改，事务 修改完成提交后，事务 又做了读取操作，因为内容已被修改，导致读取到的内容与上一次不同，即存在不可重复读现象。

• 可重复读(Repeatable Reads)：一个事务过程中不允许其他事务对数据进行修改。即事务的读取过程加了共享锁，事务的修改过程加了排它锁，并一直维持锁定状态直到事务结束。因为事务的读取或修改都需要维持整个阶段的锁定状态，所以避免了脏读和不可重复读现象。但是因为只对现有的记录上进行了锁定，并未维持间隙锁/范围锁，导致某些数据记录的插入未受阻拦，即存在幻读现象。

幻读指的是，事务中前后相同的查询语句，返回的结果集不同。例如在事务 查询表记录后，事务 向表中增加了一条记录，当事务 再次执行相同的查询时，返回的结果集可能不同，即存在幻读现象。

• 可串行化(Serializable)：一个事务过程中不允许其他事务对指定范围数据进行修改。即事务过程中若指定了操作集合的范围，则在可重复读的锁基础上增加了对操作集合的范围锁，通过增加范围锁避免了幻读现象。

锁的使用是为了在并发环境中保持每个业务流处理结果的正确性，这样的概念在计算机领域中很普遍，但是都必须要基于一个前提，或者称之为约定：在执行操作前，首先尝试去获取锁，获取成功则可以执行，若获取失败，则不执行或等待重复获取。因为无论任何类型的操作，有没有锁都不影响程序本身的执行流程，但只有遵从这个约定才能体现出其价值。就像红绿灯并不影响车辆本身的行驶能力，只有声明所有个体皆遵守相同的规则，所以一切才变得有序。当然在数据库的并发环境下，隔离程度越高，也就意味着并发程度越低，所以各个数据库中一般设置的都是一个折中的隔离级别。