MYSQL实战优化——事务、undo log版本链

今天我们来看看多个事务对缓存页里的同一条数据同时进行更新或者查询，此时会产生哪些问题？这里实际会涉及到 脏写、脏读、不可重复读、幻读， 四中问题。

这个脏写的话，它的意思是说有两个事务，事务A和事务B同时在更新一条数据，事务A先把它更新为A值，事务B紧接着就把它更新为B值。事务A是先更新的，它在更新之前，这行数据的值为NULL，所以此时事务A的undo log日志大概是这样的：更新之前这行数据的值为NULL，主键为XX 。

那么此时事务B更新完了数据的值为B，结果此时事务A突然回滚了，那么就会用它的undo log日志去回滚。此时事务A一回滚，直接就会把那行数据的值更新回之前的NULL值。所以对于事务B看到的场景，就是自己明明更新了，结果值却没了，这就是 脏写。

假设事务A更新了一行数据的值为A，此时事务B去查询了一些这行数据的值，看到的值是A，然后事务B拿着刚查询到的A值去处理各种业务。但是此时不幸的事情发生了，事务A突然回滚了，导致它刚才更新的A值没了，此时那行数据的值回滚为NULL值。这就是所谓的 脏读。 它的本质是事务B去查询了事务A修改过的数据，但是此时事务A还没有提交，事务A随时会回滚导致事务B查询了一个不存在的值。

接着我们来看一下 的问题，假设我们有一个事务A开启了，在这个事务A里会多次对一条数据进行查询。然后另外有两个事务，一个是事务B，一个是事务C，它们都是对一条数据进行更新的。假设缓存页里一条数据原来的值是A值，此时事务A开启之后，第一次查询这条数据，读取到的是A值。接着事务B更新了那行数据的值为B，同时提交事务，然后事务A第二次查询该行数据，此时查到的是事务B修改过的值B 。接着事务C更新了那行数据的值为C，同时提交事务，然后事务A第三次查询该行数据，此时查到的是事务C修改过的值C值。

那么上面的场景有什么问题呢？其实要说没问题也是可以的，毕竟事务B和C都提交事务了。但是要说有问题也是可以的，就是事务A可能第一次查询到的是A值，那么它可能希望的是在事务执行期间，如果多次查询数据，都是同样的一个A值。但是该场景下，A值明显不是可重复读的。

这种情况算不算一个问题呢？其实这是根据你的业务决定的。有的业务要的是可重复读，而有的业务却需要不可重复读。

假设一个事务A先发送一条SQL语句，里面有一个条件，要查询一批数据出来，比如“select from table where id > 10”，类似这种SQL，它一开始查询出了10条数据。然后事务B往表里插入了几条数据，而且事务B还提交了。此时事务A再次查询，由于事务B插入了几条数据，导致这次它查询出来了12条数据。同样的SQL语句，两次的查询结果却不一样，所以开始怀疑自己是不是出现了幻觉？导致刚才幻读了？这就是幻读一词的由来。

在SQL标准中规定了4种事务隔离级别，就是说多个事务并发运行的时候，互相是如何隔离的，从而避免一些事务并发问题。这4种级别包括了： read uncommitted(读未提交)、read committed(读已提交)、repeatable read(可重复读)、serializable(串行化) 。

第一个read uncommitted隔离级别是不允许发生脏写的。也就是说，不可能两个事务在没提交的情况下去更新同一行数据的值，但是在这种隔离级别下，可能发生脏读、不可重复读、幻读。所以一般来说，是没有人做系统开发的时候把事务隔离级别设置为读未提交这个级别的。

第二个是read committed隔离级别，也就是俗称的RC级别，这个级别不会发生脏写和脏读。也就是说，别的事务没提交的情况下修改的值，你是绝对读不到的。但是，可能会发生不可重复读和幻读问题。

第三个是repeatable read隔离级别，也就是俗称的RR级别，就是可重复读级别。这个级别下，不会发生脏写、脏读、不可重复读的问题。事务一旦开启，多次查询一个值，会一直读到同一个值。但是它会发生幻读的问题。

最后一个隔离级别，就是serializable级别，这种级别，根本不允许多个事务并发执行，只能串行执行，所以不可能有幻读问题。但是这种级别一般除非脑子坏了，否则不可能设置这种级别。

MySQL默认设置的事务隔离级别都是RR级别的，而且MySQL的RR级别是可以避免幻读发生的。

下面的命令可以修改MySQL的默认事务隔离级别：

另外，给大家一个彩蛋，假设你在开发业务系统的时候，比如用spring里的@Transaction注解来做事务这块，假设某个事务你就是有点手痒，想搞成RC级别，那么没问题，在@Transaction注解里是有一个isolation参数的，里面是可以设置事务隔离级别的，具体的设置方式如下：

@Transaction(isolation=IsolationDEFAULT),默认的就是DEFAULT值，这个就是MySQL默认支持什么隔离就是什么隔离级别。但是你可以手动改成其它的隔离级别，比如，isolation = IsolationREAD_COMMITTED级别，此时你就可以读取到其它事务已提交的数据。

简单来说，我们每条数据其实都有两个隐藏字段，一个是trx_id，一个是roll_pointer，这个trx_id就是最近一次更新这条数据的事务id，roll_pointer就是指向了你更新这个事务之前生成的undo log，关于undo log之前都讲过了。

举个例子，假设有一个事务A（id=50），插入了一条数据，那么此时这条数据的隐藏字段以及指向的undo log如下图所示：

插入的这条数据的值是A，因为事务A的id是50，所以这条数据的trx_id就是50，roll_pointer指向一个空的undo log，因为之前这条数据是没有的。接着有一个事务B修改了一下这条数据，把值改成了B，事务B的id是58，那么此时更新之前会生成一个undo log记录之前的值，然后会让roll_pointer指向这个实际的undo log回滚日志，如下图所示：

想要知道如何处理数据并发，自然需要先了解数据并发。

什么是数据并发 *** 作呢？

就是同一时间内，不同的线程同时对一条数据进行读写 *** 作。

在互联网时代，一个系统常常有很多人在使用，因此就可能出现高并发的现象，也就是不同的用户同时对一条数据进行 *** 作，如果没有有效的处理，自然就会出现数据的异常。而最常见的一种数据并发的场景就是电商中的秒杀，成千上万个用户对在极端的时间内，抢购一个商品。针对这种场景，商品的库存就是一个需要控制的数据，而多个用户对在同一时间对库存进行重写，一个不小心就可能出现超卖的情况。

针对这种情况，我们如何有效的处理数据并发呢？

第一种方案、数据库锁

从锁的基本属性来说，可以分为两种：一种是共享锁（S），一种是排它锁（X）。在MySQL的数据库中，是有四种隔离级别的，会在读写的时候，自动的使用这两种锁，防止数据出现混乱。

这四种隔离级别分别是：

读未提交（Read Uncommitted）

读提交（Read Committed）

可重复读（Repeated Read）

串行化（Serializable）

当然，不同的隔离级别，效率也是不同的，对于数据的一致性保证也就有不同的结果。而这些可能出现的又有哪些呢？

脏读（dirty read）

当事务与事务之间没有任何隔离的时候，就可能会出现脏读。例如：商家想看看所有的订单有哪些，这时，用户A提交了一个订单，但事务还没提交，商家却看到了这个订单。而这时就会出现一种问题，当商家去 *** 作这个订单时，可能用户A的订单由于部分问题，导致数据回滚，事务没有提交，这时商家的 *** 作就会失去目标。

不可重复读（unrepeatable read）

一个事务中，两次读 *** 作出来的同一条数据值不同，就是不可重复读。

例如：我们有一个事务A，需要去查询一下商品库存，然后做扣减，这时，事务B *** 作了这个商品，扣减了一部分库存，当事务A再次去查询商品库存的时候，发现这一次的结果和上次不同了，这就是不可重复读。

幻读（phantom problem）

一个事务中，两次读 *** 作出来的结果集不同，就是幻读。

例如：一个事务A，去查询现在已经支付的订单有哪些，得到了一个结果集。这时，事务B新提交了一个订单，当事务A再次去查询时，就会出现，两次得到的结果集不同的情况，也就是幻读了。

那针对这些结果，不同的隔离级别可以干什么呢？

“读未提（Read Uncommitted）”能预防啥？啥都预防不了。

“读提交（Read Committed）”能预防啥？使用“快照读（Snapshot Read）”方式，避免“脏读”，但是可能出现“不可重复读”和“幻读”。

“可重复读（Repeated Red）”能预防啥？使用“快照读（Snapshot Read）”方式，锁住被读取记录，避免出现“脏读”、“不可重复读”，但是可能出现“幻读”。

“串行化（Serializable）”能预防啥？有效避免“脏读”、“不可重复读”、“幻读”，不过运行效率奇差。

好了，锁说完了，但是，我们的数据库锁，并不能有效的解决并发的问题，只是尽可能保证数据的一致性，当并发量特别大时，数据库还是容易扛不住。那解决数据并发的另一个手段就是，尽可能的提高处理的速度。

因为数据的IO要提升难度比较大，那么通过其他的方式，对数据进行处理，减少数据库的IO，就是提高并发能力的有效手段了。

最有效的一种方式就是：缓存

想要减少并发出现的概率，那么读写的效率越高，读写的执行时间越短，自然数据并发的可能性就变小了，并发性能也有提高了。

还是用刚才的秒杀举例，我们为的就是保证库存的数据不出错，卖出一个商品，减一个库存，那么，我们就可以将库存放在内存中进行处理。这样，就能够保证库存有序的及时扣减，并且不出现问题。这样，我们的数据库的写 *** 作也变少了，执行效率也就大大提高了。

当然，常用的分布式缓存方式有：Redis和Memcache，Redis可以持久化到硬盘，而Memcache不行，应该怎么选择，就看具体的使用场景了。

当然，缓存毕竟使用的范围有限，很多的数据我们还是必须持久化到硬盘中，那我们就需要提高数据库的IO能力，这样避免一个线程执行时间太长，造成线程的阻塞。

那么，读写分离就是另一种有效的方式了

当我们的写成为了瓶颈的时候，读写分离就是一种可以选择的方式了。

我们的读库就只需要执行读，写库就只需要执行写，把读的压力从主库中分离出去，让主库的资源只是用来保证写的效率，从而提高写 *** 作的性能。

这个过程实际上会涉及到 脏写、脏读、不可重复读、幻读 ，四种问题。

MySQL默认的事务隔离级别是RR（可重复读），而且 MySQL的RR级别是可以避免幻读发生 。也就是说，MySQL里执行的事务，默认情况下不会发生脏写、脏读、不可重复读和幻读的问题。

如何修改MySQL隔离级别？

Spring中默认隔离级别与MySQL一致，Spring中如何修改？

简单来说，就是执行一个事务的时候，就生成一个ReadView，里面比较关键的东西有4个：

示例：

通过undo log多版本链条，加上你开启事务时候生产的一个ReadView，然后再有一个查询的时候，根据ReadView进行判断的机制，你就知道你应该读取哪个版本的数据。

首先我们先要明白，多个事务并发运行的时候，同时读写一个数据，可能会出现脏写、脏读、不可重复读、幻读几个问题。

针对这些问题，所以才有RU、RC、RR和串行四个隔离级别。

然后MySQL实现MVCC机制的时候，是 基于undo log多版本链条+ReadView机制 来做的，默认的RR隔离级别，就是基于这套机制来实现的，依托这套机制实现了RR级别，除了避免脏写、脏读、不可重复读，还能避免幻读问题。因此一般来说我们都用默认的RR隔离级别就好了。

就是事务完整性受到了破坏

一般现在主流的数据库比如oracle，db2都会通过锁机制来减少脏数据的产生

就是不同session之间由于某个seesion对表进行 *** 作而影响其他session的查询结果

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