概述

我们的数据库一般都会并发执行多个事务,多个事务可能会并发的对相同的一批数据进行增删改查操作,可能 就会导致我们说的脏写、脏读、不可重复读、幻读这些问题。
这些问题的本质都是数据库的多事务并发问题,为了解决多事务并发问题,数据库设计了事务隔离机制、锁机 制、MVCC多版本并发控制隔离机制,用一整套机制来解决多事务并发问题

事务及其ACID属性

事务是由一组SQL语句组成的逻辑处理单元,事务具有以下4个属性,通常简称为事务的ACID属性。

  1. 原子性(Atomicity) :事务是一个原子操作单元,其对数据的修改,要么全都执行,要么全都不执行。
  2. 一致性(Consistent) :在事务开始和完成时,数据都必须保持一致状态。这意味着所有相关的数据规 则都必须应用于事务的修改,以保持数据的完整性。
  3. 隔离性(Isolation) :数据库系统提供一定的隔离机制,保证事务在不受外部并发操作影响的“独 立”环境执行。这意味着事务处理过程中的中间状态对外部是不可见的,反之亦然。
  4. 持久性(Durable) :事务完成之后,它对于数据的修改是永久性的,即使出现系统故障也能够保持。

    并发事务处理带来的问题

    更新丢失(Lost Update)或脏写

    当两个或多个事务选择同一行,然后基于最初选定的值更新该行时,由于每个事务都不知道其他事务的存 在,就会发生丢失更新问题–最后的更新覆盖了由其他事务所做的更新。

    脏读(Dirty Reads)

    一个事务正在对一条记录做修改,在这个事务完成并提交前,这条记录的数据就处于不一致的状态;这 时,另一个事务也来读取同一条记录,如果不加控制,第二个事务读取了这些“脏”数据,并据此作进一步的 处理,就会产生未提交的数据依赖关系。这种现象被形象的叫做“脏读”。
    一句话:事务A读取到了事务B已经修改但尚未提交的数据,还在这个数据基础上做了操作。此时,如果B 事务回滚,A读取的数据无效,不符合一致性要求。

    不可重读(Non-Repeatable Reads)

    一个事务在读取某些数据后的某个时间,再次读取以前读过的数据,却发现其读出的数据已经发生了改 变、或某些记录已经被删除了!这种现象就叫做“不可重复读”。
    一句话:事务A内部的相同查询语句在不同时刻读出的结果不一致,不符合隔离性

    幻读(Phantom Reads)

    一个事务按相同的查询条件重新读取以前检索过的数据,却发现其他事务插入了满足其查询条件的新数 据,这种现象就称为“幻读”。
    一句话:事务A读取到了事务B提交的新增数据,不符合隔离性

    事务隔离级别

    “脏读”、“不可重复读”和“幻读”,其实都是数据库读一致性问题,必须由数据库提供一定的事务隔离机制 来解决。image.png数据库的事务隔离越严格,并发副作用越小,但付出的代价也就越大,因为事务隔离实质上就是使事务在一定程度 上“串行化”进行,这显然与“并发”是矛盾的。
    同时,不同的应用对读一致性和事务隔离程度的要求也是不同的,比如许多应用对“不可重复读”和“幻读”并不 敏感,可能更关心数据并发访问的能力。
    查看当前数据库的事务隔离级别: show variables like ‘tx_isolation’;
    设置事务隔离级别:set tx_isolation=’REPEATABLE-READ’;
    Mysql默认的事务隔离级别是可重复读,用Spring开发程序时,如果不设置隔离级别默认用Mysql设置的隔 离级别,如果Spring设置了就用已经设置的隔离级别

    Read uncommitted(读未提交)

    如果一个事务已经开始写数据,则另外一个事务不允许同时进行写操作,但允许其他事务读此行数据,该隔离级别可以通过“排他写锁”,但是不排斥读线程实现。这样就避免了更新丢失,却可能出现脏读,也就是说事务B读取到了事务A未提交的数据
    解决了更新丢失,但还是可能会出现脏读

    Read committed(读提交)

    如果是一个读事务(线程),则允许其他事务读写,如果是写事务将会禁止其他事务访问该行数据,该隔离级别避免了脏读,但是可能出现不可重复读。事务A事先读取了数据,事务B紧接着更新了数据,并提交了事务,而事务A再次读取该数据时,数据已经发生了改变。
    解决了更新丢失和脏读问题

    Repeatable read(可重复读取)

    可重复读取是指在一个事务内,多次读同一个数据,在这个事务还没结束时,其他事务不能访问该数据(包括了读写),这样就可以在同一个事务内两次读到的数据是一样的,因此称为是可重复读隔离级别,读取数据的事务将会禁止写事务(但允许读事务),写事务则禁止任何其他事务(包括了读写),这样避免了不可重复读和脏读,但是有时可能会出现幻读。(读取数据的事务)可以通过“共享读镜”和“排他写锁”实现。
    解决了更新丢失、脏读、不可重复读、但是还会出现幻读(MySQL默认隔离级别)
    image.png

    Serializable(串行化)

    提供严格的事务隔离,它要求事务序列化执行,事务只能一个接着一个地执行,但不能并发执行,如果仅仅通过“行级锁”是无法实现序列化的,必须通过其他机制保证新插入的数据不会被执行查询操作的事务访问到。序列化是最高的事务隔离级别,同时代价也是最高的,性能很低,一般很少使用,在该级别下,事务顺序执行,不仅可以避免脏读、不可重复读,还避免了幻读
    解决了更新丢失、脏读、不可重复读、幻读(虚读)

    锁是计算机协调多个进程或线程并发访问某一资源的机制。
    在数据库中,除了传统的计算资源(如CPU、RAM、I/O等)的争用以外,数据也是一种供需要用户共享的资源。如何保证数据并发访问的一致性、有效性是所有数据库必须解决的一个问题,锁冲突也是影响数据库并发访问性能的一个重要因素。

    锁分类

  5. 从性能上分为乐观锁(用版本对比来实现)和悲观锁

  6. 从对数据库操作的类型分,分为读锁和写锁(都属于悲观锁)

读锁(共享锁,S锁(Shared)):针对同一份数据,多个读操作可以同时进行而不会互相影响
写锁(排它锁,X锁(eXclusive)):当前写操作没有完成前,它会阻断其他写锁和读锁

  1. 从对数据操作的粒度分,分为表锁和行锁

    表锁

    每次操作锁住整张表。开销小,加锁快;不会出现死锁;锁定粒度大,发生锁冲突的概率最高,并发度最低; 一般用在整表数据迁移的场景。

  2. 手动增加表锁:lock table 表名称 read(write),表名称2 read(write);

  3. 查看表上加过的锁:show open tables;
  4. 删除表锁:unlock tables;

image.png

行锁

每次操作锁住一行数据。开销大,加锁慢;会出现死锁;锁定粒度最小,发生锁冲突的概率最低,并发度最高。
InnoDB与MYISAM的最大不同有两点:

  1. InnoDB支持事务(TRANSACTION)
  2. InnoDB支持行级锁

    行锁演示

    一个session开启事务更新不提交,另一个session更新同一条记录会阻塞,更新不同记录不会阻塞

    无索引行锁会升级为表锁

    锁主要是加在索引上,如果对非索引字段更新,行锁可能会变表锁
    session1 执行:update account set balance = 800 where name = ‘lilei’;
    session2 对该表任一行操作都会阻塞住
    InnoDB的行锁是针对索引加的锁,不是针对记录加的锁。并且该索引不能失效,否则都会从行锁升级为 表锁。

锁定某一行还可以用lock in share mode(共享锁) 和for update(排它锁),例如:select * from test_innodb_lock where a = 2 for update; 这样其他session只能读这行数据,修改则会被阻塞,直到锁定行的session提交

间隙锁和临键锁

间隙锁,锁的就是两个值之间的空隙。Mysql默认级别是repeatable-read,有办法解决幻读问题吗?间隙锁在某些情况下可以解决幻读问题。
image.png

死锁

set tx_isolation=’repeatable-read’;
Session_1执行:select from account where id=1 for update;
Session_2执行:select
from account where id=2 for update;
Session_1执行:select from account where id=2 for update;
Session_2执行:select
from account where id=1 for update;
查看近期死锁日志信息:show engine innodb status\G;
大多数情况mysql可以自动检测死锁并回滚产生死锁的那个事务,但是有些情况mysql没法自动检测死锁

锁优化建议

  1. 尽可能让所有数据检索都通过索引来完成,避免无索引行锁升级为表锁
  2. 合理设计索引,尽量缩小锁的范围
  3. 尽可能减少检索条件范围,避免间隙锁
  4. 尽量控制事务大小,减少锁定资源量和时间长度,涉及事务加锁的sql尽量放在事务最后执行
  5. 尽可能低级别事务隔离

    行锁表锁总结:

    MyISAM在执行查询语句SELECT前,会自动给涉及的所有表加读锁,在执行update、insert、delete操作会自动给涉及的表加写锁。
    InnoDB在执行查询语句SELECT时(非串行隔离级别),不会加锁。但是update、insert、delete操作会加行锁。
    简而言之,就是读锁会阻塞写,但是不会阻塞读。而写锁则会把读和写都阻塞。