事务隔离的实现原理

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前置知识

针对于事务隔离的具体原理需要了解一些概念和知识。

首先 MySQL 的每条记录都会有两个隐藏字段,row_trx_id(事务 id)和roll_pointer(回滚指针)。 row_trx_id 会记录当前记录被哪条事务所更改/创建,记录事务的 id。 roll_pointer 会记录上一版本的数据的地址。

进行数据更改时,会记录三个日志文件: redo log 解决数据库宕机重启丢失数据的问题。 binlog 用于主从复制、数据备份操作。 undo log 实现事务回滚操作。

undo log 版本链:作用时回溯当前事务能够读取的数据。

undo log 会记录==对数据操作的事务 id==,修改后的数据和==回滚指针==。 进行数据更新时,记录事务id,记录修改数,回滚指针指向上一版本。

ReadView 记录中四个重要属性:

  • creator_trx_id 当前事务id。
  • m_ids 当前系统中所有开启了但未提交事务的id。
  • min_trx_id 当前系统所有开启但未提交事务中 事务 id最小的。
  • max_trx_id 当前系统中事务 id 最大的值 +1,也就是系统下一个要生成的事务 id。

事务可见性:

当前事务为 A。

  1. 记录的事务 id 小于 min_trx_id 时,A 能看见(说明更新该数据的事务在 A 开启前就已经提交)。
  2. 记录的事务 id 大于等于 max_trx_id ,A 无法看见(说明在 A 开启后,该事务才开启,A无法看见)。
  3. 当记录的事务 id 在 min_trx_id 和 max_trx_id 之间时,分两种情况。 该记录的事务 id 在m_ids 中,即与事务 A 同时开启,无法看见。 该记录的事务 id 不在m_ids 中,说明该事务在事务 A 开启前就已经提交了事务,可以看见。

MVCC:多版事务并发控制器。使用 undo log 版本链与 ReadView 来实现,即在种种情况下,能否查看的记录的数据。

乐观锁与悲观锁

乐观锁:认为数据不会冲突,MVCC实现。

悲观锁:认为数据一定冲突,上锁。

共享锁与排他锁都属于悲观锁。 共享锁:一个事务添加了共享锁,其他事务也可以添加共享锁。 排他锁:排他锁会阻塞其他所有的排他锁和共享锁。

事务隔离级别实现

读未提交

读未提交采取的是读不加锁原理。 事务读不加锁,不阻塞其他事务读与写。 事务写阻塞其他事务写,但不阻塞其他事务多。

读已提交

使用 MVCC,但是每次进行查询时,都会更新 ReadView。

记录的 row_trx_id 为10,回滚指针为null。 事务 A 与事务 B 并发执行。 事务 A 的事务 id 为20,ReadView 中,creator_trx_id = 20,m_ids = [20,30],min_trx_id = 20,max_trx_id = 31。 事务 B 的事务 id 为30,ReadView 中,creator_trx_id = 30,m_ids = [20,30],min_trx_id = 20,max_trx_id = 31。
第一步:当事务 A 查询数据时,发现记录的 row_trx_id 为 10,事务 A 可见,读取到数据。 第二步:当事务 B 更改数据时,发现记录的 row_trx_id 为 10,事务 B 可见,向 undo log 版本链中增加节点,row_trx_id = 30,data为修改数据,roll_pointer 指向上版本数据。B 事务提交。 第三步:当事务 A 再次查询数据时,更新 ReadView,更新为 creator_trx_id = 20,m_ids = [20],min_trx_id = 20,max_trx_id = 31。查询记录发现记录的事务 id 为30,在 min_trx_id 和 max_trx_id 之间,且不在 m_ids 内,事务已经提交,事务 A 可以看见该条记录,读取,出现不可重复读问题。

可重复读

使用 MVCC,只有在第一次查询时创建 ReadView。

记录的 row_trx_id 为10,回滚指针为null。 事务 A 与事务 B 并发执行。 事务 A 的事务 id 为20,ReadView 中,creator_trx_id = 20,m_ids = [20,30],min_trx_id = 20,max_trx_id = 31。 事务 B 的事务 id 为30,ReadView 中,creator_trx_id = 30,m_ids = [20,30],min_trx_id = 20,max_trx_id = 31。
第一次:事务 A 查询数据,发现记录的 row_trx_id 为 10,事务 A 可见,读取到数据。 第二步:当事务 B 更改数据时,发现记录的 row_trx_id 为 10,事务 B 可见,向 undo log 版本链中增加节点,row_trx_id = 30,data为修改数据,roll_pointer 指向上版本数据。B 事务提交。 第三步:当事务 A 再次查询数据时,发现记录的事务 id 为30,而事务 A 的 ReadView 中的 m_ids 记录中有 30 的记录,判定该记录事务 A 不可见。通过回滚指针找寻上一版本记录,发现记录的事务 id 为10,事务 A 可见,消除了幻读。

串行化

串行化级别会对读数据上共享锁,对写数据上排他锁,读写互斥。 当事务读时,其他事务无法进行写事务。当事务写时,其他事务无法进行读写事务。 注:==事务读后进行事务写,会自动升级为排他锁==。