MySQL的事务隔离级别以及MVCC原理

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MySQL 是一种关系型数据库管理系统,其支持 ACID(原子性、一致性、隔离性和持久性)特性来保证事务的正确性和一致性。

ACID特性

  • 原子性(Atomicity):事务作为一个整体被执行,不可分割。事务中的所有操作,要么全部完成,要么全部不完成,不会只执行部分操作。如果其中任何一个操作失败,则整个事务都会回滚到事务开始前的状态。
  • 一致性(Consistency):事务在执行之前和执行之后,数据库的完整性约束没有被破坏。例如,在转账操作中,无论事务成功还是失败,账户余额总和应该保持不变,这就是一致性的表现。
  • 隔离性(Isolation):一个事务所做的修改在提交之前对其他事务是不可见的。每个事务都应该有一定的隔离级别,来避免并发事务之间的干扰和数据冲突。MySQL 支持不同的隔离级别,例如读未提交、读已提交、可重复读和串行化。
  • 持久性(Durability):一旦事务提交,对数据库的修改就是永久性的,即使发生了系统崩溃,也不会丢失提交的修改。这种特性是通过将事务操作的结果保存到数据库的持久性存储介质(如硬盘)中来实现的。

在 MySQL 中,可以使用事务来保证数据库的完整性和一致性。当进行事务操作时,必须满足所有的 ACID 特性才能保证事务的正确性。同时,MySQL 也提供了许多优化和配置选项,来平衡 ACID 特性和数据库性能的关系。

MySQL的事务隔离级别是用来控制并发访问的机制,主要是通过锁定机制来保证并发访问时数据的一致性。MySQL提供了四个隔离级别:读未提交(Read uncommitted)、读已提交(Read committed)、可重复读(Repeatable read)和串行化(Serializable)。

事务隔离级别

脏读、幻读和不可重复读是并发访问数据库时常见的问题,涉及到多个事务对同一个数据进行操作的场景。

  • 脏读(Dirty Read):

脏读是指一个事务读取到了另一个事务未提交的数据,即读取到了"脏数据"。如果这个未提交的事务最终回滚了,那么这个读取的数据就是无效的。脏读现象会破坏事务的隔离性和一致性。

  • 幻读(Phantom Read):

幻读是指一个事务执行相同的查询两次或多次,但在这些查询中间却有其他事务插入或删除了满足该查询条件的行,从而导致前后两次查询返回不一样的结果。幻读现象会破坏事务的隔离性和一致性。

  • 不可重复读(Non-repeatable Read):

不可重复读是指在一个事务内,多次读取同一数据,在读取过程中发现其他事务已经修改了该数据,导致前后两次读取的数据不一致。不可重复读现象会破坏事务的隔离性和一致性。

MySQL 提供了四种事务隔离级别,分别为读未提交(Read Uncommitted)、读已提交(Read Committed)、可重复读(Repeatable Read)和串行化(Serializable)。默认隔离级别是可重复读(Repeatable Read)。

  • 读未提交(Read Uncommitted):

允许脏读、不可重复读和幻读。一个事务可以读取到另一个事务未提交的数据,可能导致数据不一致,因此不建议使用该隔离级别。

  • 读已提交(Read Committed):

解决了脏读问题,但是可能出现不可重复读和幻读。一个事务只能读取到另一个事务已经提交的数据,事务提交后,其他事务才能读取到这些已提交的数据。但是由于并发事务会对同一数据进行修改,所以可能会导致不可重复读和幻读问题。

  • 可重复读(Repeatable Read):

解决了脏读和不可重复读问题,但是可能出现幻读。在一个事务中,多次读取同一数据,读取到的数据都是一致的,因为在一个事务中,只有这个事务可以修改该数据。但是在该事务执行期间,其他事务可以插入新数据,导致后续查询返回的数据与前面的查询不一致,从而导致幻读。

  • 串行化(Serializable):

串行化是一种最高级别的事务隔离级别,它确保了事务的完整性和一致性,但是牺牲了并发性能。在这种隔离级别下,所有并发的事务都将顺序执行,每个事务都必须等待前一个事务提交后才能开始执行。因此,串行化隔离级别可以避免脏读、幻读和不可重复读等问题。

虽然串行化隔离级别能够保证数据的完整性和一致性,但是在高并发的情况下,会导致性能问题,因为每个事务都必须等待前一个事务完成才能开始执行,这会导致大量的锁等待和资源占用,从而影响系统的响应性能。因此,在实际生产环境中,串行化隔离级别很少被使用,除非是确实需要保证数据的完整性和一致性的场景。

MVCC介绍

MVCC,全称为 Multi-Version Concurrency Control,是 MySQL 中用于实现事务隔离级别的一种机制。它通过在每一行数据中保存多个版本,使得读操作不会被写操作所阻塞,提高了并发性能。MVCC 常用于 InnoDB 存储引擎中,而 MyISAM 不支持 MVCC。

MVCC 是通过在每行数据后面保存两个隐藏的列来实现的,分别是创建时间(Creation Time)和过期时间(Expiration Time)。创建时间指的是这一行数据的创建时间,而过期时间则代表这一行数据的过期时间,当一个事务开始时,它可以看到所有的过期时间在当前时间之前的行,或者没有过期时间的行,这些行被视为当前事务可以读取的行。当一个事务更新一行数据时,会将这一行的创建时间和过期时间都修改,这样其他事务就不能再读取到这一行旧的版本了。

MVCC 的主要作用是解决读写冲突,当一个事务要更新某一行数据时,如果此时有其他事务在读取同一行数据,那么就会出现读写冲突,如果使用传统的锁机制,需要将这一行数据锁定,其他事务无法读取,这样效率会很低。而使用 MVCC 机制,其他事务可以继续读取旧版本的数据,直到当前事务提交更新操作,才会将新版本的数据对其他事务开放。

MVCC 机制的主要优点在于提高了数据库的并发性能和可伸缩性。因为它允许读写操作并发进行,而不需要对数据进行显式的锁定。但 MVCC 机制也有一些缺点,比如在高并发的情况下,可能会导致 undo 日志过多,从而降低系统性能,因此需要合理配置 MySQL 的参数。

需要注意的是,MVCC 机制仅用于事务的隔离级别为 Read Committed 和 Repeatable Read。在事务隔离级别为 Serializable 的情况下,所有的 SELECT 查询都会加上 S 锁,而这些 S 锁可能会在整个事务中一直保持,这时候就需要采用串行化的方式来避免并发问题。

总结

总的来说,MySQL是目前应用最广泛的关系型数据库之一,其事务和并发控制机制是其核心功能之一,确保数据的完整性和一致性。在MySQL中,通过ACID特性来保证事务的原子性、一致性、隔离性和持久性。事务隔离级别是控制并发访问的关键因素,MySQL提供了四个事务隔离级别,分别是读未提交、读已提交、可重复读和串行化。不同的隔离级别会对脏读、不可重复读和幻读等问题产生不同的影响。为了解决这些问题,MySQL引入了MVCC机制,通过版本号和回滚日志来实现读写并发控制和数据隔离。熟练掌握MySQL的事务和并发控制机制,对于数据库开发和运维人员来说至关重要。