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事務是訪問并更新數據庫中各種數據項的一個程序執行單元。在事務中的操作，要麼都執行修改，要麼都不執行，這就是事務的目的，也是事務模型區别于文件系統的重要特征之一。

MySQL Server系統結構包括三層：SQL層、存儲引擎層和物理文件，事務操作是在存儲引擎層完成的。

MySQL Server系統結構

MySQL數據庫支持多種存儲引擎，有InnoDB，MyISAM，NDB，Memory等，并不是所有存儲引擎都支持事務操作。

本文介紹InnoDB存儲引擎對事務的支持。《MySQL技術内幕》對InnoDB存儲引擎的介紹：“InnoDB通過使用多版本并發控制（MVCC）來獲得高并發性，并且實現了SQL标準的4種隔離級别，默認為REPEATABLE(可重複讀)級别，同時使用一種稱為netx-key locking的策略來避免幻讀（phantom）現象的産生。”

事務是一個原子操作，事務中的操作要麼都執行，要麼都不執行，任何一個SQL語句執行失敗 ，那麼執行成功的SQL也必須撤銷，數據庫狀态應該退回到執行事務前的狀态。

一緻性指事務操作前和操作後都必須滿足業務規則約束，數據庫的完整性約束沒有被破壞。

隔離性也稱為并發控制（concurrency control）、可串行化（serializability）、鎖（locking）。多個事務之間的操作是相互隔離的，即該事務提交前對其他事務都不可見，通常使用鎖來實現。

事務一旦提交，其結果是永久性的，即使發生宕機等故障，數據庫也能将數據恢複。需要注意的是，持久性隻能從事務本身的角度來保證結果的永久性，如果不是數據庫本身發生故障，而是一些外部的原因，如RAID卡損壞、自然災害等導緻數據庫發生問題，那麼所有提交的數據可能會丢失。

由于對數據庫的操作不同，事務之間并不是順序執行，而是并發執行的，事務并發可能會帶來如下問題：

當多個事務操作同一行數據，由于每個事務都不知道其他事務的存在，更新數據時，一個事務的結果可能會被其他事務覆蓋，發生丢失更新的問題。

如果一個事務對數據進行了更新，但事務還沒有提交，另一個事務讀到了該事務沒有提交的數據，那麼如果第一個事務回滾，第二個事務讀到的數據就是髒數據。

指在一個事務内兩次讀到的數據是不一樣的。比如事務A讀取某一數據，事務B修改了該數據，事務A為了對數據進行驗證而再次讀取該數據，便得到了不同的結果。

一種更易理解的說法是：在一個事務内，多次讀同一個數據。在這個事務還沒有結束時，另一個事務也訪問同一數據并修改數據。那麼，在第一個事務的兩次讀數據之間，由于另一個事務的修改，第一個事務兩次讀到的數據可能不一樣，這樣就發生了在一個事務内兩次讀到的數據是不一樣的，因此稱為不可重複讀，即原始讀取不可重複。

幻讀是指同樣一個查詢在整個事務過程中多次執行後，查詢的結果集是不一樣的，也就是事務中讀取到了其他事務新增的數據，仿佛出現了幻象。不符合事務的隔離性，幻讀針對的是多條記錄。

并發事務帶來的“更新丢失”問題，通常是可以完全避免的。防止更新丢失，并不能單靠數據庫事務控制器來解決，需要應用程序對要更新的數據加必要的鎖來解決。

“髒讀”、“不可重複讀”和“幻讀”，其實都是數據庫讀一緻性問題，必須由數據庫提供一定的事務隔離機制來解決。

為了解決“隔離”與“并發”的矛盾，ANSI SQL标準定義了 4個事務隔離級别，分别是：

READ UNCOMMITTED、READ COMMITTED、REPEATABLE READ、SERIALIZABLE。

在一個事務中，可以讀取到其他事務未提交的數據變化，這種隔離級别會造成髒讀、不可重複讀、幻讀的問題。

在一個事務中，可以讀取到其他事務已經提交的數據變化，這種隔離級别會造成不可重複讀、幻讀的問題。

例如事務A讀到了數據a， 事務B正好對數據a進行了更改，并且提交了。那麼事務A再次讀數據a時發現數據已改變。兩次同樣的查詢可能會得到不一樣的結果。

在一個事務中，直到事務結束前，都可以反複讀取到事務剛開始時看到的數據，并一直不會發生變化，避免了髒讀、不可重複讀問題，但無法解決幻讀問題。

這是最高的隔離級别，它強制事務串行執行，不會出現髒讀、不可重複讀、幻讀問題。

1）InnoDB存儲引擎使用MVCC實現了REPEATABLE READ(可重複讀)，它的默認隔離級别也是REPEATABLE READ。

2）InnoDB存儲引擎在REPEATABLE READ事務隔離級别下，使用Next-Key Lock的鎖算法，避免了幻讀的産生。InnoDB存儲引擎已經能完全保證事務的隔離性要求，即達到SQL标準的SERIALIZABLE隔離級别。

實現事務隔離的方式，基本上可分為以下兩種。

• 一種是在讀取數據前，對其加鎖，阻止其他事務對數據進行修改。
• 另一種是不用加任何鎖，通過一定機制生成一個數據請求時間點的數據快照（Snapshot），并用這個快照來提供一定級别（語句級或事務級）的一緻性讀取。從用戶的角度來看，好像是數據庫可以提供同一數據的多個版本，因此，這種技術叫做數據多版本并發控制（MultiVersion Concurrency Control，簡稱MVCC或MCC），也經常稱為多版本數據庫。

下面分别介紹一下InnoDB存儲引擎的鎖和MVCC。

MySQL 不同的存儲引擎支持不同的鎖機制，有3種粒度的鎖：

• 表級鎖：開銷小，加鎖快；不會出現死鎖；鎖定粒度大，發生鎖沖突的概率最高，并發度最低。
• 行級鎖：開銷大，加鎖慢；會出現死鎖；鎖定粒度最小，發生鎖沖突的概率最低，并發度也最高。
• 頁面鎖：開銷和加鎖時間界于表鎖和行鎖之間；會出現死鎖；鎖定粒度界于表鎖和行鎖之間，并發度一般。

InnoDB存儲引擎既支持行級鎖，也支持表級鎖，但默認情況下是采用行級鎖。

InnoDB實現了兩種類型的行鎖：共享鎖、排他鎖。

• 也稱為讀鎖，允許一個事務對某一行加共享鎖，其他事務仍可以再加共享鎖讀取此資源。多個共享鎖可以共存，但共享鎖和排他鎖不能共存。
• 對于普通SELECT語句，InnoDB實現時不會加任何鎖。

• 也稱為寫鎖，允許獲得排他鎖的事務更新數據，其他事務不能追加相同數據集的共享鎖和排他鎖。
• 對于UPDATE、DELETE和INSERT語句， InnoDB會自動給涉及數據集加排他鎖。

為了允許行鎖和表鎖共存，實現多粒度鎖機制，InnoDB 還有兩種内部使用的意向鎖（Intention Locks）：意向共享鎖、意向排他鎖。這兩種意向鎖都是表鎖，意向鎖的主要作用是處理行鎖和表鎖之間的矛盾。

• 表示事務想要獲得一張表中某幾行的共享鎖。
• 事務在給一個數據行加共享鎖前必須先加IS鎖。

• 表示事務想要獲得一張表中某幾行的排他鎖。
• 事務在給一個數據行加排他鎖前必須先加IX鎖。
• 一個表有IX鎖，表示有事務正在鎖定某行或者試圖鎖定某行。

舉例說明：

事務A在更新行數據之前，先在表級别上加意向鎖，再加X鎖；加意向鎖是表示此表某一行被加了X鎖； 當事務B要對這個表加S鎖，如果表中數據很多，那麼事務B需要逐行檢查表是否能加S鎖，這樣會很耗時；如果此時在表級别上有意向鎖，那麼，事務B先檢查該表上是否存在意向鎖，存在的意向鎖是否與自己準備加的鎖沖突，如果有沖突，則等待直到事務Ａ釋放，而無須逐條記錄去檢測，這樣速度會很快。

• 如果一個事務請求的鎖模式與當前的鎖兼容，InnoDB 就将請求的鎖授予該事務；反之，如果兩者不兼容，該事務就要等待鎖釋放。
• 意向鎖之間是兼容的，不會産生沖突。
• 意向鎖是InnoDB自動加的，不需用戶幹預。在加行鎖之前，由InnoDB存儲引擎加上表的IS或IX鎖。
• 意向鎖存在的意義是為了更高效的獲取表鎖。

InnoDB行鎖是通過給索引上的索引項加鎖來實現的，如果沒有索引，InnoDB将通過隐藏的聚簇索引來對記錄加鎖。InnoDB存儲引擎有3種行鎖算法。

單個行記錄上的鎖，通過對索引項加鎖實現，鎖住的是索引，而不是記錄本身。

• 在不通過索引條件查詢時，InnoDB會鎖定表中的所有記錄，實際效果跟表鎖一樣。
• 當表有多個索引的時候，不同的事務可以使用不同的索引鎖定不同的行。

• 間隙鎖。對于鍵值在條件範圍内但并不存在的記錄，叫做“間隙（GAP）”。鎖定的是一個範圍，包括間隙，但不包含記錄本身。

• 是Record lock和Gap lock的組合，鎖定一個範圍，并且鎖定記錄本身。
• InnoDB使用Next-Key鎖的目的是為了防止幻讀，鎖定條件範圍内的數據，保證事務未提交時多次查到的數據是相同的。
• Next-key lock加鎖機制也會阻塞符合條件範圍内鍵值的并發插入，這往往會造成嚴重的鎖等待。因此，在實際應用開發中，尤其是并發插入比較多的應用，我們要盡量優化業務邏輯，盡量使用相等條件來訪問更新數據，避免使用範圍條件。

數據庫并發時，一般是讀寫并發、寫-寫并發。MVCC主要用于處理讀-寫沖突，MVCC可以做到不加鎖，非阻塞并發讀。

MVCC是通過保存某個時間點的快照來實現的，快照數據是指該行之前的曆史版本數據。 InnoDB為每次修改保存一個版本，版本與事務時間戳關聯，每行記錄可能有多個版本。讀取快照數據是不需要上鎖的，因為沒有事務需要對曆史數據進行修改。

對于不同的事務隔離級别，讀取到的快照數據是不同的。

• READ COMMITTED(已提交讀)：在一個事務中，對于快照數據，總是讀取被鎖定行的最新一份快照數據。
• REPEATABLE READ(可重複讀)：在一個事務中，對于快照數據，總是讀取事務開始時的行數據版本。

• 在并發讀寫數據庫時，使用快照讀可以做到在讀操作時不用阻塞寫操作，寫操作也不用阻塞讀操作，提高了數據庫并發讀寫的性能。
• 如下圖所示，在讀數據時，如果讀取的行被加了行鎖，這時讀操作不會去等待行鎖的釋放，而是會去讀取行的快照數據。

InnoDB非鎖定的一緻性讀

《MySQL技術内幕：InnoDB存儲引擎（第2版）》

《MySQL技術内幕——SQL編程》

《深入淺出MySQL：數據庫開發、優化與管理維護(第2版)》

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