在关系型数据库管理系统中,一个逻辑工作单元要成为事务,必须满足这 4 个特性,即所谓的 ACID:原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)和持久性(Durability)。
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。
每一个写事务,都会修改BufferPool,从而产生相应的Redo/Undo日志,在Buffer Pool 中的页被刷到磁盘之前,这些日志信息都会先写入到日志文件中。
如果 Buffer Pool 中的脏页没有刷成功,此时数据库挂了,那在数据库再次启动之后,可以通过 Redo 日志将其恢复出来,以保证脏页写的数据不会丢失。如果脏页刷新成功,此时数据库挂了,就需要通过Undo来实现了。
一个事务一旦提交,它对数据库中数据的改变就应该是永久性的,后续的操作或故障不应该对其有任何影响,不会丢失。
一个“提交”动作触发的操作有:binlog落地、发送binlog、存储引擎提交、flush_logs,check_point、事务提交标记等。这些都是数据库保证其数据完整性、持久性的手段。
同时,redo log在系统Crash重启之类的情况时,可以修复数据,从而保障事务的持久性
一个事务内部的操作及使用的数据对其他的并发事务是隔离。
InnoDB 支持的隔离性有 4 种,隔离性从低到高分别为:读未提交、读提交、可重复读、可串行化。锁和多版本控制(MVCC)技术就是用于保障隔离性的
事务开始之前和事务结束之后,数据库的完整性限制未被破坏。
一致性包括两方面的内容,分别是约束一致性和数据一致性:
所谓并发事务,是指在某一时间段内,多个事务同时存取相同的数据库数据。
事务并发处理可能会带来一些问题:
完全顺序执行所有事务的数据库操作,不需要加锁,简单的说就是全局排队。序列化执行所有的事务单元,数据库某个时刻只处理一个事务操作,特点是强一致性,处理性能低。
如果事务之间涉及到相同的数据项时,会使用排他锁,或叫互斥锁,先进入的事务独占数据项以后,其他事务被阻塞,等待前面的事务释放锁。
读写锁就是进一步细化锁的颗粒度,区分读操作和写操作,让读和读之间不加锁。
读写锁,可以让读和读并行,而读和写、写和读、写和写这几种之间还是要加排他锁。
a. MVCC的思想
MVCC(Multi Version Concurrency Control)被称为多版本控制,是基于Copy on Write的思想。MVCC除了支持读和读并行,还支持读和写、写和读的并行,但为了保证一致性,写和写是无法并行的。
在事务1开始写操作的时候会copy一个记录的副本,其他事务读操作会读取这个记录副本,因此不会影
响其他事务对此记录的读取,实现写和读并行。
目前MVCC只在 Read Commited 和 Repeatable Read 两种隔离级别下工作。
在 MVCC 并发控制中,读操作可以分为两类: 快照读(Snapshot Read)与当前读 (Current Read):
b. MVCC的底层原理
MVCC是通过Undo日志中的版本链和ReadView一致性视图来实现的,在多个事务同时存在时,SELECT语句找寻到具体是版本链上的哪个版本,然后在找到的版本上返回其中所记录的数据的过程。
版本链:
在MySQL中,会默认为表后面添加三个隐藏字段
ReadView:
ReadView一致性视图主要是由两部分组成:所有未提交事务的ID数组和已经创建的最大事务ID组成(实际上ReadView还有其他的字段,但不影响这里对MVCC的讲解)。比如:[100,200],300。事务100和200是当前未提交的事务,而事务300是当前创建的最大事务(已经提交了)。
当执行SELECT语句的时候会创建ReadView,但是在读取已提交和可重复读两个事务级别下,生成ReadView的策略是不一样的:读取已提交级别是每执行一次SELECT语句就会重新生成一份ReadView,而可重复读级别是只会在第一次SELECT语句执行的时候会生成一份,后续的SELECT语句会沿用之前生成的ReadView
那么SELECT语句是如何找寻到具体是版本链上的哪个版本呢?
对当前事务按照事务ID进行划分区间,其中min_id指向ReadView中未提交事务数组中的最小事务ID,而max_id指向ReadView中的已经创建的最大事务ID
MVCC已经实现了读读、读写、写读并发处理,如果想进一步解决写写冲突,可以采用乐观锁和悲观锁。
上面提到在并发事务中会出现的“更新丢失”、”脏读”、“不可重复读”和“幻读”等并发事务问题,为了解决这些问题,MySQL数据库提供了以下 4 种事务隔离级别供用户选择。
事务隔离级别 | 回滚覆盖 | 脏读 | 不可重复读 | 提交覆盖 | 幻读 |
---|---|---|---|---|---|
读未提交 | × | 可能发生 | 可能发生 | 可能发生 | 可能发生 |
读已提交 | × | × | 可能发生 | 可能发生 | 可能发生 |
可重复读 | × | × | × | × | 可能发生 |
串行化 | × | × | × | × | × |
解决了回滚覆盖类型的更新丢失,但可能发生脏读现象,也就是可能读取到其他会话中未提交事务修改的数据。
只能读取到其他会话中已经提交的数据,解决了脏读。但可能发生不可重复读现象,也就是可能在一个事务中两次查询结果不一致。
解决了不可重复读,它确保同一事务的多个实例在并发读取数据时,会看到同样的数据行。
不过理论上会出现幻读,简单的说幻读指的的当用户读取某一范围的数据行时,另一个事务又在该范围插入了新行,当用户在读取该范围的数据时会发现有新的幻影行。
所有的增删改查串行执行。它通过强制事务排序,解决相互冲突,从而解决幻度的问题。这个级别可能导致大量的超时现象的和锁竞争,效率低下。
查看MySQL当前数据库的事务隔离级别命令如下:
show variables like 'tx_isolation';
设置事务隔离级别可以如下命令:
set tx_isolation='READ-UNCOMMITTED';
set tx_isolation='READ-COMMITTED';
set tx_isolation='REPEATABLE-READ';
set tx_isolation='SERIALIZABLE';
从操作的粒度分类:
从操作的类型分类:
从操作的性能分类:
行锁又分为共享锁和排他锁。InnoDB行锁是通过对索引数据页上的记录加锁实现的,主要实现算法有 3 种:Record Lock、Gap Lock 和 Next-key Lock。
在RR隔离级别,InnoDB对于记录加锁行为都是先采用Next-Key Lock,但是当SQL操作含有唯一索引时,Innodb会对Next-Key Lock进行优化,降级为RecordLock
以RR隔离级别为例,对更新操作“update t1 set name=‘XX’ where id=10”,分析InnoDB 对不同索引的加锁行为:
主键加锁
仅在id=10的主键索引记录上加X锁
唯一键加锁
先在唯一索引id上加X锁,然后在id=10的主键索引记录上加X锁
非唯一键加锁
对满足id=10条件的记录和主键分别加X锁,然后在(6,c)-(10,b)、(10,b)-(10,d)、(10,d)-(11,f)范围分别加Gap Lock。
无索引加锁
表里所有行和间隙都会加X锁。(当没有索引时,会导致全表锁定,因为InnoDB引擎锁机制是基于索引实现的记录锁定)。
悲观锁(Pessimistic Locking),是指在数据处理过程,将数据处于锁定状态,一般使用数据库的锁机制实现。
从广义上来讲,前面提到的行锁、表锁、读锁、写锁、共享锁、排他锁等,这些都属于悲观锁范畴。
乐观锁是相对于悲观锁而言的,它不是数据库提供的功能,需要开发者自己去实现。
乐观锁实现:
死锁产生的四个条件:
下面介绍几种常见的死锁场景:
场景1:
用户A访问表A(锁住了表A),然后又访问表B;另一个用户B访问表B(锁住了表B),然后企图访问表A;这时用户A由于用户B已经锁住表B,它必须等待用户B释放表B才能继续,同样用户B要等用户A释放表A才能继续,产生死锁。
解决方法:
场景2:
如果在事务中执行了一条没有索引条件的查询,引发全表扫描,把行级锁上升为全表记录锁定(等价于表级锁),多个这样的事务执行后,就很容易产生死锁和阻塞,最终应用系统会越来越慢,发生阻塞或死锁。
解决方法:
场景3:
两个事务分别想拿到对方持有的锁,互相等待,于是产生死锁
解决方法:
场景4:
事务A 查询一条纪录,然后更新该条纪录;此时事务B 也更新该条纪录,这时事务B 的排他锁由于事务A 有共享锁,必须等A 释放共享锁后才可以获取,只能排队等待。事务A 再执行更新操作时,此处发生死锁,因为事务A 需要排他锁来做更新操作。但是,无法授予该锁请求,因为事务B 已经有一个排他锁请求,并且正在等待事务A 释放其共享锁。
解决方法:
死锁的排查: