数据库事务、隔离级别到底是什么？实现原理是什么？

1.数据库事务
根据百度百科，数据库事务( transaction)是访问并可能操作各种数据项的一个数据库操作序列，这些操作要么全部执行,要么全部不执行，是一个不可分割的工作单位。事务由事务开始与事务结束之间执行的全部数据库操作组成。

其实transaction也可以翻译成交易，比如大家耳熟能详的银行转账交易。交易成功的核心就在于A账户的转出操作与B账户的转入操作是否都能成功。

2.事务四大特性简介
众所周知，事务还有ACID四大特性，分别为原子性，一致性，隔离性和持久性。下面简述一下四大特性：

1）原子性：事务的定义中就包含了这个概念，即事务中包含的操作必须保证全部执行，不能部分执行。

2）一致性：如果事务中的操作全部执行或者全部不执行，我们可以说此时的数据是保持一致性的，只不过如果全部成功，是从一种一致性到另外一种一致性；如果全部失败，数据也是一致的，即与事务开始前的数据保持一致。后面讲到一致性的实现时会再具体阐述。

3）隔离性：比如现在有两个事务T1和T2，假设T1先开始，T2后开始，并且两个事务中都会用到数据D，那么针对于在T2执行期间能否看到T1操作后的数据D的问题，则是后面会提到的隔离级别的问题，此问题涉及到事务的隔离性。

4）持久性：凡是提到持久性，必然涉及到将数据写入磁盘的操作，以避免断电导致的数据丢失问题。

以上关于事务的定义和事务的四大特性只是概念性的描述，网上随便一搜都能找到，但是要想真正理解事务及其特性，就不得不了解其实现原理。如果想要彻底了解，需要先把知识分层，上面提到的事务及其四大特性是数据库原理层面的，也就是说无论用的是MySQL还是其他诸如Oracle或者是其他数据库，事务的概念和特性是一样的，但是具体到某一种DBMS（即常说的数据库软件例如MySQL），其实现细节会有所区别。

3.原子性，一致性和持久性实现原理
下面以MySQL为例，详细描述一下MySQL是如何实现原子性，一致性，隔离性和持久性的。在具体讲MySQL的四大特性的实现原理之前，我们首先对MySQL是什么做个简单的定义，MySQL=程序+文件（配置文件，日志文件，数据文件）。简单来说MySQL是一个软件，此软件是由管理数据的程序和各种文件组成的，其中文件又包含了不同的类别。所以我们常见的CRUD操作，本质上就是通过程序创建，检索，更新或者删除文件。

在讲之前，我们先来想一下如果让你来实现原子性和一致性，你会怎么做？假设现在有一个事务，包含A，B，C三个插入操作，假设执行到C时，程序出错，那么此时数据文件中只包含了A和B两个操作的数据。之前已经讲过，原子性的含义是全部执行或者全部不执行，那显然如果我们能捕获程序错误，然后回滚A和B操作，或者重试C操作，那么就能保证原子操作。那么如何回滚A和B？又如何重试C呢？我们可以把回滚信息存入文件，把事务信息也存入文件。MySQL的做法就是将事务信息写入redo log（即重写日志），而回滚信息写入undo log（即回滚日志）。所以通过redo和undo日志文件，MySQL实现了事务的原子性和一致性。其实此处的一致性只是保证了事务不会只被执行一部分操作，并不能保证事务一定会执行。之所以这么说是因为MySQL为了保证一致性，会先将redo日志写入磁盘，然后再写入数据文件，假如在写数据文件时MySQL挂掉了，当重启MySQL后程序会检查redo日志中记录的日志是否正常提交或者回滚，如果没有则会根据不同的策略选择来继续写数据文件或者是回滚。MySQL其实通过redo和undo日志同时也实现了持久性。

4.隔离级别简介
前三个特性讲完了，接下来讲下隔离性，在讲这个特性之前，先要说下什么是隔离级别？与事务的定义类似，隔离级别也是一个通用的概念，ISO和ANSI SQL标准中定义了四种隔离级别，分别为未提交读，提交读，可重复读和可串行化。下面我将通过图例来分别讲解下这四种隔离级别的含义。SQL标准虽然定义了一套关于隔离级别和问题的对应关系，但是各个数据库实现并不相同，并不是所有数据库都实现了SQL标准的四个隔离级别。下面以MySQL为例来对隔离级别做个简单介绍。假设有两个事务A和B，且两者均会操作Account表中的某一行数据。

1）未提交读

当事务隔离级别为未提交读时，事务B可以在事务A提交之前就能读取的中间数据，但是大家可以很明显的看出，此时B中数据其实是个脏数据。也即我们常说的未提交读会导致脏读问题。

2）提交读

当事务隔离级别为提交读，事务B开始时读取了一次账户信息，事务A提交后又查询了一次，两次结果不一样。很明显，此处出现了我们常说的不可重复读的问题，即B事务开始读取时为0，最后又读一次变为100。

3）可重复读

当事务隔离级别设置为可重复读，则事务B的读取操作不会影响到事务A。但是此时还可能有一个问题，那就是可能出现“幻读”，即如果事务B读取时没有记录，但是其他事务插入了一个新行，事务B再次读取某个范围时会查询到新插入的行，此行称为“幻行”。对于MySQL来说，可重复读是默认隔离级别，且MySQL通过MVCC和Next-Key Locking来实现可重复读，所以对于MySQL的可重复读来说，不存在幻读问题。（注：SQL标准的隔离级别和相关问题的对应关系。https://blog.csdn.net/qq_36431213/article/details/86497493）

4）可串行化

确保数据的一致性且可以接受没有并发。

5.隔离性实现原理
上面已经大体描述了隔离级别的含义，下面我们就来具体看下MySQL是如何实现事务隔离性的？简单来说，在MySQL中，事务的隔离性是通过锁来实现的。MySQL中有三种行锁算法，Record Lock（单行锁定），Gap Lock（间隙锁）和Next-Key Locking（Record+Gap）。在讲之前，还需要说到一个MySQL的特点，那就是MySQL有两种读取数据的模式，一种是一致性非锁定读，另一种是一致性锁定读。

先说一下一致性锁定读：
1）SELECT ... FOR UPDATE （显式加写锁）

2）SELECT ... LOCK IN SHARE MODE （显式加读锁）

再谈一下一致性非锁定读：
一致性非锁定读的含义是当事务读取的某行数据被其他事务锁定时，可以不用等待锁释放，而是读取此行的一个具有一致性的数据快照，而这个快照数据就存储在undo日志中。这种一行数据有多个版本的技术也叫做MVCC，即多版本并发控制。MVCC也是一个通用概念，有多种实现方式，MySQL是通过undo日志来实现的MVCC。

接下来我们继续讲解MySQL是如何实现四个隔离级别的：

1）未提交读：显然不需要对行加锁，这样其他事务就可以同时访问此行。

2）提交读：在InnoDB的默认配置下，此隔离级别采用一致性非锁定读模式。即如果此行正被其他事务锁定，那么MySQL通过MVCC技术，当前事务可以读取此行的一个最近提交的快照数据。

3）可重复读：在InnoDB的默认配置下，此隔离级别采用一致性非锁定读模式。MySQL通过Next-Key Locking锁定一个范围，使范围内的数据不能同时在其他事务中插入，避免了当前事务出现“幻行”问题。MySQL通过MVCC，在读取某行数据时，如果此行被其他事务锁定，则当前事务不用阻塞，直接读取当前事务开始时的此行的一个数据快照，来解决可重复读问题。即在整个事务中，读取的始终是此行的同一个数据快照。MySQL的可重复读已经达到了SQL标准的Serializable标准，即（无脏读，可重复读MVCC，无幻读Next-Key Locking）。

4）可串行化：串行化执行事务，即发现有其他事务正在操作此行，则此事务阻塞直到其他事务结束。MySQL会对每个select加上lock in share mode，不支持一致性非锁定读。

扩展：我们在真实使用事务的时候，常见场景有通过Spring配置数据源，配置ORM映射框架例如Mybatis，在使用事务的时候本质上是利用数据库的API，例如对于MySQL来说是begin， commit和rollback等。获取数据库连接，开启事务，提交事务等。Spring中的事务传播机制属于Spring自己的概念，本质上为根据不同的事务传播机制确定是否利用同一个连接，或者是否将多个事务逻辑通过同一个Connection或者多个Connection中来提交或者回滚，有兴趣的可以看下Mybatis关于事务的源码。

关于MySQL的ACID实现原理其实是比较复杂的，网上也很难找到比较完整的描述，本文也只是简单介绍，如果想要具体更细致的了解相关原理，推荐两本书《MySQL技术内幕InnoDB存储引擎》和动物书《高性能MySQL》，欢迎大家留言交流。
————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「piezi.liu」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/lunda5/article/details/104163805