Mysql-事务（隔离级别，事务底层原理，MVCC）-编程知识

什么是事务？有哪些特性？

事务：事务指的是逻辑上的一组操作，组成这组操作的各个单元要么全都成功，要么全都失败。
事务特性：

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）：事务前后数据的完整性必须保持一致
隔离性（Isolation）：多个用户并发访问数据库时，一个用户的事务不能被其它用户的事务所干扰，多个并发事务之间数据要相互隔离。隔离性由隔离级别保障。
持久性（Durability）：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。

事务并发可能产生那些问题？

1 脏读：一个事务读到了另一个事务未提交的数据
2 不可重复读：一个事务读到了另一个事务已经提交(update)的数据。引发事务中的多次查询结果不一致，数据中的值不一致。
3 虚读 /幻读：一个事务读到了另一个事务已经插入(insert)的数据。导致事务中多次查询的结果不一致，比如一个事务向表中插入了一条数据，这个时候另一个事务读取到了这条数据这就是幻读，实际上不应该读到这条数据。
4 丢失更新，举个例子比如事务T1，T2都读取了表中的某一行数据，事务T1对一个表的数据做了更新更为值A，事务T1提交以后，T2也对这个数据进行了修改改为B并提交，这个时候在事务T1里面查询这个数据得到的值是B，T1对数据的修改A被丢失了。
导致这个问题的根本原因就是并发问题，这两个事务可以同时对这个数据进行修改

事务的隔离级别

1 read uncommitted 读未提交【RU】，一个事务读到另一个事务没有提交的数据
存在：3个问题（脏读、不可重复读、幻读）。
2 read committed 读已提交【RC】，一个事务读到另一个事务已经提交的数据
存在：2个问题（不可重复读、幻读）。
解决：1个问题（脏读）
3 repeatable read:可重复读【RR】，在一个事务中读到的数据始终保持一致，无论另一个事务是否提交
解决：3个问题（脏读、不可重复读、幻读）msql默认的隔离级别
4 serializable 串行化，同时只能执行一个事务，相当于事务中的单线程
解决：3个问题（脏读、不可重复读、幻读）

事务的底层原理

前面我们提到了四个问题，我们来解决这些问题。

解决方案一：基于锁并发控制LBCC

1 解决丢失更新的问题
我们在事务T1读取这样行数据的时候就直接加读锁，这个时候T2想要来修改这个数据需要加写锁是不被允许的，就必须等待这个读锁释放，T2才能对对数据进行更新，锁释放的时候事务T1已经执行完成，保证了不会丢失事务T1的更新。
在这里插入图片描述
2 解决读已提交(Read Committed)
读取数据的事务允许其他事务继续访问该行数据，但是未提交的写事务将会禁止其他事务访问该行。这可以通过“瞬间共享读锁”和“排他写锁”实现，即事务需要对某些数据进行修改必须对这些数据加 X 锁，事务结束后才会释放X锁，读数据时需要加上 S 锁，当数据读取完成后立刻释放 S 锁，不用等到事务结束。

3 解决可重复读取(Repeatable Read)
禁止不可重复读取和脏读取，但是有时可能出现幻读数据。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。
Mysql默认使用该隔离级别。这可以通过“共享读锁”和“排他写锁”实现，即事务需要对某些数据进行修改必须对这些数据加 X 锁，读数据时需要加上 S 锁，当数据读取完成并不立刻释放 S 锁，而是等到事务结束后再释放。

解决方案二：基于版本并发控制MVCC

MVCC全称叫多版本并发控制，是RDBMS常用的一种并发控制方法，用来对数据库数据进行并发访问，实现事务。核心思想是读不加锁，读写不冲突。在读多写少的OLTP应用中，读写不冲突非常重要，极大的增加了系统的并发性能，这也是为什么几乎所有的RDBMS，都支持MVCC的原因。MVCC 实现原理关键在于数据快照，不同的事务访问不同版本的数据快照，从而实现事务下对数据的隔离级别。虽然说具有多个版本的数据快照，但这并不意味着必须拷贝数据，保存多份数据文件（这样会浪费存储空间），InnoDB通过事务的Undo日志巧妙地实现了多版本的数据快照。
这里介绍一下UndoLog
InnoDB 引擎对一条记录进行操作（修改、删除、新增）时，要把回滚时需要的信息都记录到 undo log 里，比如：
1）在插入一条记录时，要把这条记录的主键值记下来，这样之后回滚时只需要把这个主键值对应的记录删掉
2）在删除一条记录时，要把这条记录中的内容都记下来，这样之后回滚时再把由这些内容组成的记录插入到表中.
3）在更新一条记录时，要把被更新的列的旧值记下来，这样之后回滚时再把这些列更新为旧值
会产生两种日志：
1 insert Undo 日志：在Insert操作中产生的Undo日志
由于insert操作的记录只对本身可见，对于其它事务此记录是不可见的，所以insert undo log 可以在事务提交后直接删除，不需要等待回收
在这里插入图片描述
2 Update Undo日志：Update或Delete 操作中产生的Undo日志
Update操作会对已经存在的行记录产生影响，为了实现MVCC多版本并发控制机制，因此Update Undo日志不能在事务提交时就删除，而是在事务提交时将日志放入指定区域，等待 Purge 线程进行最后的删除操作。
在这里插入图片描述
这个时候比如我们需要对第二次更新做回滚操作，这个时候只需要顺着RollPointer指针回退一个版本。

有了上面的Undo Log 我们可以结合是ReadView来实现版本控制
ReadView
ReadView是张存储事务id的表，主要包含当前系统中有哪些活跃的读写事务，把它们的事务id放到一个
列表中。结合Undo日志的默认字段【事务trx_id】来控制那个版本的Undo日志可被其他事务看见。

在这里插入图片描述
m_ids：表示在生成ReadView时，当前系统中活跃的读写事务id列表
m_low_limit_id：事务id下限，表示当前系统中活跃的读写事务中最小的事务id，m_ids事务列表中的最小事务id
m_up_limit_id：事务id上限，表示生成ReadView时，系统中应该分配给下一个事务的id值
m_creator_trx_id：表示生成该ReadView的事务的事务id

ReadView怎么产生，什么时候生成？
开启事务之后，在第一次查询(select)时，生成ReadView
RC 和 RR 隔离级别的差异本质是因为MVCC中ReadView的生成时机不同
MVCC 怎么保证事务的RC和RR隔离级别可以看这篇文章, 根据下面判断可见性的原理做了一个案例演示。
MVCC + ReadView案例
如何判断可见性？
开启事务执行第一次查询时，首先生成ReadView，然后依据Undo日志和ReadView按照判断可见性，
按照下边步骤判断记录的版本链的某个版本是否可见。

如果被访问版本的 trx_id 属性值，小于ReadView中的事务下限id，表明生成该版本的事务在生
成 ReadView 前已经提交，所以该版本可以被当前事务访问。
如果被访问版本的 trx_id 属性值，等于ReadView中的 m_creator_trx_id ，可以被访问。
如果被访问版本的 trx_id 属性值，大于等于ReadView中的事务上限id，在生成 ReadView 后才产生的数据，所以该版本不可以被当前事务访问。
如果被访问版本的 trx_id 属性值，在事务下限id和事务上限id之间，那就需要判断是不是在
m_ids 列表中。如果在，说明创建 ReadView 时生成该版本的事务还是活跃的，该版本不可以被访问；如果不在，说明创建 ReadView 时生成该版本的事务已经被提交，该版本可以被访问。

循环判断Undo log中的版本链某一的版本是否对当前事务可见，如果循环到最后一个版本也不可见的
话，那么就意味着该条记录对该事务不可见，查询结果就不包含该记录。

MVCC下的读操作

在MVCC并发控制中，读操作可以分成两类：快照读 (Snapshot Read)与当前读 (Current Read)
快照读：读取的是记录的可见版本 (有可能是历史版本)，不用加锁。刚才案例中都是快照读。
当前读：读取的是记录的最新版本，并且当前读返回的记录，都会加上锁，保证其他事务不会再并发修改这条记录

快照读
简单的select操作，属于快照读，不加锁。
当前读
特殊的读操作，或者插入/更新/删除操作，属于当前读，需要加锁，需要读取最新的数据。

select * from table where ? lock in share mode; # 加读锁
select * from table where ? for update;# 加写锁
insert into table values (…);# 加写锁
update table set ? where ?;# 加写锁
delete from table where ?;# 加写锁