事务的特性ACID

事务管理（ACID）

前言

数据库事务可以被定义为: 一个或者几个数据库允许的操作的集合。这个集合需要支持ACID特性。

在ACID特性中，隔离性（isolation）指的是不同事务在提交的时候，最终呈现出来的效果是串行的，换句话说，既是不同事务，按照提交的先后顺序执行，再换句话说，对于事务本身来说，它所感知的数据库，应该只有它自己在操作。那么最简单的方法，我们按照定义来实现数据库事务的隔离性即可，很明显这在同时并发有多个事务要执行的环境下是没有执行效率的，一个事务的执行，必然会阻塞其他事务的执行。所以SQL的标准制定者对此作出妥协，提出隔离性的四个等级，其中最高级隔离等级才是串行执行。在没有到达串行执行等级的情况下，事务又是并发执行的，总是或多或少会存在问题，这在下面会讲到。

谈到事务一般都是以下四点:

• 原子性（Atomicity）

原子性是指事务是一个不可分割的工作单位，事务中的操作要么都发生，要么都不发生。

• 一致性（Consistency）

是指应用层系统从一种正确的状态，在事务成功后，达成另一种正确的状态。比如：A、B账面共计100W，A向B转账，加上事务控制，转成功后，他们账户总额应还是100W，事务应保持这种应用逻辑正确一致。还有，转账（事务成功）前后，数据库内部的数据结构--比如账户表的主键、外键、列必须大于0、Btree、双向链表等约束需要是正确的，和原来一致的。

• 隔离性（Isolation）

隔离是指当多个事务提交时，让它们按顺序串行提交，每个时刻只有一个事务提交。但隔离处理并发事务，效率很差。所以SQL标准制作者妥协了，提出了4种事务隔离等级（1，read-uncommited 未提交就读，可能产生脏读  2，read-commited 提交后读  可能产生不可重复读  3，repeatable-read 可重复读  可能产生幻读    4，serializable 序列化，最高级别，按顺序串行提交）

• 持久性（Durability）

持久性是指一个事务一旦被提交，它对数据库中数据的改变就是永久性的，接下来即使数据库发生故障也不应该对其有任何影响

举个简单的例子理解以上四点

原子性(Atomicity）

针对同一个事务

 

这个过程包含两个步骤

A： 800 - 200 = 600
B: 200 + 200 = 400

原子性表示，这两个步骤一起成功，或者一起失败，不能只发生其中一个动作

一致性（Consistency）

针对一个事务操作前与操作后的状态一致

 

操作前A：800，B：200
操作后A：600，B：400

一致性表示事务完成后，符合逻辑运算

持久性（Durability）

表示事务结束后的数据不随着外界原因导致数据丢失

操作前A：800，B：200
操作后A：600，B：400
如果在操作前（事务还没有提交）服务器宕机或者断电，那么重启数据库以后，数据状态应该为
A：800，B：200
如果在操作后（事务已经提交）服务器宕机或者断电，那么重启数据库以后，数据状态应该为
A：600，B：400

隔离性（Isolation）

针对多个用户同时操作，主要是排除其他事务对本次事务的影响

不同的事务并发操作相同的数据时，每个事务都有各自完成的数据空间，即一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务时隔离的，并发执行的各个事务之间不能相互干扰。

 

事务的隔离级别

1.未提交读：(Read Uncommited)

未提交就读，可能产生脏读;

指一个事务读取了另外一个事务未提交的数据。

 这个等级是最低等级，也可以认为，事务之间完全不隔离，事务A开始一个事务，接着事务B开始，事务B对数据C继续update，这时候，A读取了B未提交（commit）的数据，这种情况叫做脏读（dirty read）。这个时候要是事务B遇到错误必须rollback，那么A读取的数据就完全是错的。可以想象这样完全不隔离的状态下，我们相对于数据库的业务方程序员写的一个sql，提交个db的执行引擎，返回的结果是多么不可确定啊。

2.提交读：(Read Commited)

 提交后读  可能产生不可重复读;

导致不可重复读原因:

B事务在A事务的两次读取之间修改了A事务读取的数据，且A事务采用了低于“可重复读”隔离级别的事务,最终导致同一个事务下面两次读取结果不一样。

按照我们之前所说，我们的目标是：对于一个事务本身来说，它所感知的数据库，应该只有它自己在操作，那么事务A会觉得自己并没有更新数据啊，怎么数据突然变了,再也不能重复读到最开始的那个数据值了，此为不可重复读;

在某些情况下，不可重复读并不是问题，比如我们多次查询某个数据当然以最后查询得到的结果为主。但在另一些情况下就有可能发生问题，例如对于同一个数据A和B依次查询就可能不同，A和B就可能打起来了……

例如:

页面统计查询值

点击生成报表的时候，B有人转账进来300（事务已经提交）

代码演示(spring):

 @Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED)
    public Object listForIllusionRead() {//会话1
 
        List<Map<String,Object>> map = jdbcTemplate.queryForList("select * from tao");
        try {
            Thread.sleep(10000);//会话1堵塞
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        List<Map<String,Object>> map2 = jdbcTemplate.queryForList("select * from tao");
 
        Map<String,Object> res = new HashMap<String, Object>();
        res.put("before", map);
        res.put("after", map2);
        return res;
    }
 
 
    public void updateForNoRepeat () {//会话2
        jdbcTemplate.execute("update  tao set col2 = 'e'");
    }

会话1执行→第一次读→会话1sleep阻塞→会话2执行update有效会话操作→会话1第二次读→会话1返回{ "before":[ { "col1":1, "col2":"d" } ], "after":[ { "col1":1, "col2":"e" } ]}

结论：与理论相符，两次读取不一样

3.可重复读:(Repeatable Read)

可重复读  可能产生幻读;

（一般是行影响，多了一行）

可重复读，即是在上一个级别(提交读)的基础上，SQL机制强行让A仍然读之前读到的数据值,保证在一个事务内两次select同一条数据不会出现变化，即是别的事务对你select的对象进行update操作不会影响,这就是可重复读。但是，如果是insert操作，在这个隔离级别还是会受到影响。事务A开启事务，并select一段有范围的数据，然后事务B开启事务，在先前A事务select的那段有范围的数据中insert一条数据，然后提交事务，接着事务A再select出来这段数据，发现数据多了一条，这种情况叫幻读（Phantom Read）

关于幻读的深入学习可以参考:https://www.cnblogs.com/luzhanshi/p/13407465.html

4.串行化:(Serializable)

是最严格的事务隔离级别，它要求所有事务被串行执行，即事务只能一个接一个的进行处理，不能并发执行。

5.隔离性总结

设置	描述
Serializable	可避免脏读、不可重复读、虚读情况的发生。（串行化）
Repeatable read（可重复读）	可避免脏读、不可重复读情况的发生。 可能产生幻读;
Read committed (提交后读)	可避免脏读情况发生（读已提交）。  可能产生不可重复读;
Read uncommitted (读未提交)	最低级别，以上情况均无法保证。可能产生脏读;

以上四种隔离级别最高的是Serializable级别，最低的是Read uncommitted级别,隔离级别越高，越能保证数据的完整性和一致性，但是执行效率就越低,对并发性能的影响也越大。

6.不同数据库隔离级别

MySQL数据库中，支持上面四种隔离级别，默认的为Repeatable read (可重复读)；

Oracle数据库中，只支持Serializable (串行化)级别和Read committed (读已提交)这两种级别，其中默认的为Read committed级别。

大多数的数据库默认隔离级别为 Read Commited，比如 SqlServer、Oracle

少数数据库默认隔离级别为：Repeatable Read 比如： MySQL InnoDB

 java代码设置隔离级别

如果是使用JDBC对数据库的事务设置隔离级别的话，也应该是在调用Connection对象的setAutoCommit(false)方法之前。调用Connection对象的setTransactionIsolation(level)即可设置当前链接的隔离级别，至于参数level，可以使用Connection对象的字段：

Connection conn=null；
Statement st=null；
ResultSet rs=null；
try{
conn=JdbcUtils.getConnection（）；
//设置该链接的隔离级别
conn.setTransactionIsolation（Connection.TRANSACTION_SERIALIZABLE）；
conn.setAutoCommit（false）；//开启事务

Connection字段对应各个级别说明:

设置	描述
TRANSACTION_NONE	指示事务不受支持的常量
TRANSACTION_SERIALIZABLE	指示不可以发生脏读、不可重复读和虚读的常量。
TRANSACTION_REPEATABLE_READ	指示不可以发生脏读和不可重复读的常量；虚读可以发生。
TRANSACTION_READ_UNCOMMITTED	指示可以发生脏读 (dirty read)、不可重复读和虚读 (phantom read) 的常量。
TRANSACTION_READ_COMMITTED	指示不可以发生脏读的常量；不可重复读和虚读可以发生。

mysql测试事务隔离性 

SELECT @@session.tx_isolation;   
SELECT @@tx_isolation;  
  
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL read uncommitted;  
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL read committed;  
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL repeatable read;  
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL serializable;  

start transaction;

--建表
drop table AMOUNT;
CREATE TABLE `AMOUNT` (
`id`  varchar(10) NULL,
`money`  numeric NULL
)
;
--插入数据
insert into amount(id,money) values('A', 800);
insert into amount(id,money) values('B', 200);
insert into amount(id,money) values('C', 1000);
--测试可重复读，插入数据
insert into amount(id,money) values('D', 1000);

--设置事务
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL read uncommitted;  
SELECT @@tx_isolation;  
--开启事务
start transaction;

--脏读演示，读到其他事务未提交的数据
--案列1，事务一：A向B转200，事务二：查看B金额变化，事务一回滚事务
update amount set money = money - 200 where id = 'A';
update amount set money = money + 200 where id = 'B';

--不可重复读演示，读到了其他事务提交的数据
--案列2，事务一：B向A转200，事务二：B向C转100
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL read committed;  

--开启事务
start transaction;
--两个事务都查一下数据(转账之前需要，查一下金额是否够满足转账)
select * from amount;
--事务一：B向A转200
update amount set money = money - 200 where id = 'B';
update amount set money = money + 200 where id = 'A';

commit;
--事务二：B向C转100
update amount set money = money - 100 where id = 'B';
update amount set money = money + 100 where id = 'C';
commit;
--从事务二的角度来看，读到了事务一提交事务的数据，导致金额出现负数

--幻读演示
--案列3，事务一：B向A转200，事务二：B向C转200转100
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL repeatable read;  

--开启事务
start transaction;
--两个事务都查一下数据(转账之前需要，查一下金额是否够满足转账)
select * from amount;
--事务一：B向A转200
update amount set money = money - 200 where id = 'B';
update amount set money = money + 200 where id = 'A';

commit;
--事务二：B向C转200转100
update amount set money = money - 100 where id = 'B';
update amount set money = money + 100 where id = 'C';
commit;
--从事务二的角度来看，读到了事务一提交事务的数据，导致金额出现负数

• serializable事务二会一直等着事务一提交再操作

 补充内容(隔离实现机制)

隔离性的实现

我们知道，如果要实现数据库事务最高隔离性，也就是最安全的隔离性，有个显而易见的实现就是当一个事务在执行的时候，其他全部事务都阻塞，等待这个事务执行完再执行，这在现代多核CPU环境下显然非常浪费计算资源。为了充分利用资源，必须支持并发，这里就涉及并发控制（Concurrency control）

这是一个非常大的主题，关系到数据库，有两个比较重要的方法，一个是用锁（lock），一个是称为多版本并发控制（MVCC）的方法。

通过锁的方式来实现隔离性

读写锁

读写锁的概念很平常，当你在读取数据的时候，应该先加读锁，读取完之后的某个时间再解开读锁，那么加了读锁的数据，应该需要有什么特性呢，应该只能读，不能写，因为加了读锁，说明有事务准备读取这个数据，如果被别的事务重写这个事务，那数据就不准确了。所以一个事务给这个数据加了读锁，别的事务也可以对这个数据加读锁，因为大家都是只读不写。

写锁则具有排他性（exclusive lock），当一个事务准备对一个数据进行写操作的时候，先要对数据加写锁，那么数据就是可变的，这时候，其他事务就无法对这个数据加读锁了，除非这个写锁释放。

两端式提交锁（Two-phase locking）

两段式提交分为两步：

1. 这个阶段只加锁，或者释放锁（读写锁）

2. 这个阶段只会释放锁

下面对应于不同隔离级别对加锁方式进一步分析：

* 未提交读（read uncommitted）：这个级别加锁，其实并不需要用两端式加锁，每一个具体操作执行完，锁就可以释放了。

* 提交读（read committed）：这个阶段其实也可以按照每个操作执行前加锁，执行之后释放锁的方式。

* 可重复读（repeatable read） ： 这个级别，就要求读锁必须，到事务结束前最后时刻才能释放，这样才能保证读取到数据是不可变的，可重复读的。但是这样会阻塞其他事务对加锁的数据的写操作。

* 序列化读（serializable）：这个级别要求，两段式提交的第一步，要在事务开始的时候，原子性的把需要的锁全部加好（这显然很难估算，除非很大力度的锁），在事务结束前最后时刻，把全部锁一次性释放。这样做的结果就是使很多数据在事务执行期能都被加锁，无法被其他事务所使用。

使用多版本并发控制（MVCC）

加锁的方式处理事务一个比较大的问题就是会造成死锁（dead lock）,原因就是一个事务加锁的数据并不止只有一行。事务A对行C加写锁，事务B对行D加写锁，接着事务希望获取行D的锁，事务B希望获取行C的锁，这样很容就死锁了。

使用MVCC就可以避免很多情况下的加锁操作，使用数据冗余的方式来实现事务隔离（这真是个很好的设计啊）

什么是MVCC

MVCC提供的只是一种思路，具体的实现比较多样化。大体的思路是每一行保存冗余数据，读写的时间戳，也可以称为版本号，在对某一行数据继续update或者delete的时候，并不直接操作，而是复制多一份副本进行操作，这个就是所谓多版本（multiversion）

mysql innodb对于MVCC的实现

innodb对每一行保存两个系统版本号，一个更新操作的版本号，一个删除操作的版本号，这两个版本号的来源是事务的ID（transaction id），也就是说，当某个事务对这一行数据进行update，或者删除的时候，相应会把它的事务ID写入这行数据的更新操作的版本号，删除操作的版本号中。

事务ID是随时间推移而增长，而且不可重复的。一个事务打开之后：

* 对于select操作：每次只会select具有比当前事务ID更小的更新操作版本号的数据，而且这些数据要保证删除版本号为空，或者删除版本号大于当前事务ID。

* 对于update操作：对该行数据复制出一份副本，同时在更新操作版本号写入当前事务ID，同时把当前事务ID写入之前的删除操作的版本号中。

* 对于insert操作：写入新行，同时在更新操作版本号写入当前事务ID

* 对于delete操作：在删除操作版本号写入当前事务ID

mysql官方innodb的实现是用MVCC，官方声称默认的innodb的隔离级别是可重复读。看了不少资料说无法测试出这种级别下的幻读，实际上不对的，只是不能用之前加锁情况下举例的那个例子。用如下方式可以实现幻读：事务A开启，事务B接着开启，事务B select一段数据，接着事务A 在这段数据中间insert一条数据，接着事务B再select一次，就出现幻读了。

mysql官方文档提到串行隔离级别要在原来的基础说对每一个select操作执行[SELECT ... LOCK IN SHARE MODE](13.2.9 SELECT Syntax)

这样就可以读取的数据加读锁了，那么其他试图写入数据都必须阻塞。那么就可以实现序列化串行了。

可重复读，即是在上一个级别的基础上，保证不会在一个事务内两次select同一条数据会出现变化，即是别的事务对你select的对象进行update操作不会影响。但是，如果是insert操作，在这个隔离级别还是会受到影响。事务A开启事务，并select一段有范围的数据，然后事务B开启事务，在先前A事务select的那段有范围的数据中insert一条数据，然后提交事务，接着事务A再select出来这段数据，发现数据多了一条，这种情况叫幻读（Phantom Read）