浅谈数据库事务及四种隔离级别

数据库事务

例如，银行的转账系统，储户1要给储户2转1000元钱，那么显然需要以下操作：

UPDATE user SET balance = balance - 1000 WHERE id = 1;
UPDATE user SET balance = balance + 1000 WHERE id = 2;

如果此时发生了意外，导致只执行了第一条操作，扣了账户1的钱款，而钱款没有打到2的账户上，显然是不可以的。也就是说，这两个工作要么都做，要么都不做，如果只做了1不做2，则需要回滚到最初的状态（都什么都没有做），而把多个语句整合为一个操作，就叫数据库事务。

事务的特性

事务具有ACID特性

• A：Atomic，原子性，要么都做，要么都不做
• C：Consistent，一致性，事务前后数据完整性保持一致，如转账，A-1000则必须B+1000
• I：Isolation，隔离性，事务并发执行时，事务作出的修改要与其他事务隔离
• D：Duration，持久性，只要事务提交完成，数据就被数据库持久化保存

使用事务

隐式事务

默认地，单条语句就被作为一个事务执行，这称为隐式事务

显式事务

若要执行显式事务，可以使用以下命令

• 开始事务：BEGIN或START TRANSACTION
• 提交事务：COMMIT
• 回滚事务：ROLLBACK

例如，银行转账的操作

START TRANSACTION;
UPDATE user SET balance = balance - 1000 WHERE id = 1;
UPDATE user SET balance = balance + 1000 WHERE id = 2;
COMMIT;

事务的隔离级别

如果多个事务并发执行，可能会导致数据的不一致，进而产生问题（如脏读、不可重复读、幻读等等），数据库为我们提供了四种隔离级别以避免这些问题。隔离级别越高，问题越少，但性能也越差，因此我们应该根据实际需要选择合适的事务隔离级别。

• Read Uncommitted：A事务未提交的数据，B也可以读取
• Read Committed：A事务已提交的数据，B才可以读取
• Repeatable Read：B在整个事务过程中多次读取的数据保持一致（MySQL默认级别）
• Serializable：串行化执行事务，在事务A执行时，事务B必须等待

四种事务隔离级别的对比

Read Uncommitted

即使事务A未提交的数据，B也可以读取。如果A修改了某条数据，而B又读取了它，恰好A事务执行失败进行了回滚，则B就读到了错误的数据（脏读）

事务A

初始余额为1000，对余额减去1000，此时不提交事务，等待B读取，随后回滚

START TRANSACTION;
UPDATE user SET balance = balance - 1000 WHERE id = 1;
-- WAIT B READ
ROLLBACK;

事务B

读取余额

SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED;
START TRANSACTION;
SELECT balance FROM user WHERE id = 1;

+----+---------+
| id | balance |
+----+---------+
|  1 |       0 |
+----+---------+

问题

在B读取数据后，A回滚了事务（余额回滚到1000），则B读取的0就是脏数据（脏读），数据库中的数据仍然是1000（因为没有commit）

Read Committed

为了解决脏读，可以使只有A事务提交的数据，才能被B读取，但这存在不可重复读的问题

事务A

初始余额为1000，对余额减去1000，等待B读取，随后提交事务，之后B再读取一次

START TRANSACTION;
UPDATE user SET balance = balance - 1000 WHERE id = 1;
-- WAIT B READ
COMMIT;

事务B

在事务A提交数据前后，分别读取两次数据

SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
START TRANSACTION;
SELECT balance FROM user WHERE id = 1;
-- A COMMIT
SELECT balance FROM user WHERE id = 1;

+---------+
| balance |
+---------+
|    1000 |
+---------+
-- A COMMIT
+---------+
| balance |
+---------+
|       0 |
+---------+

问题

可以看到，事务B在事务A提交前后读取的数据是不一致的（不可重复读），假如转账事务的扣款分为两步：检查余额是否足够->扣除余额，此时发生不可重复读就会出现问题：检查时余额足够，但扣款时却发现余额变成了0

Repeatable Read

可重复读，这也是MySQL默认的事务隔离级别。但如果B读取数据后，A又更新了数据，B再次读取得到的依旧是第一次的结果集，并且不能写入破坏数据完整性的记录（幻读）。

事务A

开始A事务，等待B事务开始并查询所有账户，A事务插入一条数据

START TRANSACTION;
-- WAIT B READ
INSERT INTO user(id, balance) VALUE(3, 1000);
COMMIT;

事务B

开始B事务，查询所有账户，等待A事务提交，尝试插入和A相同的数据

START TRANSACTION;
SELECT * FROM user;
-- A COMMIT
INSERT INTO user(id, balance) VALUE(3, 1000);

ERROR 1062 (23000): Duplicate entry '3' for key 'PRIMARY'

问题

也就是说，数据库中已经插入了用户3，但要保证事务的隔离性（允许重复读），只好显示第一次查询的结果集，同时为了保证数据的一致性，只能禁止事务B再插入和事务A冲突的数据。明明没有记录3，却不能插入记录3，这就是幻读

Serializable

串行化事务，事务只能单个串行执行，不存在脏读、不可重复读、幻读的问题，但事务A执行时，事务B必须陷入等待，直到事务A完成，可能会导致严重的性能问题

事务A

事务A开启串行事务，检查所有用户，什么也不做

SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;
START TRANSACTION;
SELECT * FROM user;

事务B

B事务尝试写入数据

-- WAIT A
START TRANSACTION;
INSERT INTO user(id, balance) VALUE(4, 1000);

ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

事务B会一直阻塞到事务A完成，或超时。这是最严格的隔离级别，但也会对性能造成很大影响，因此在实际开发中应当根据需求场景选择合适的隔离级别。