MySQL

发布日期: 2024-07-19

作者: 小乐

文章字数: 2.3k

阅读时长: 9 分

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MySQL事务ACID与隔离级别

Spring 事务用起来简单，但失效场景非常多。很多人遇到过 @Transactional 不生效的情况，却不知道原因。本文把日常开发中常见的坑和对应的排查思路整理出来，帮你避免踩坑。

一、事务基础

1.1 什么是事务

事务是一组逻辑操作的集合，要么全部成功，要么全部失败。

START TRANSACTION;
UPDATE account SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE account SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
COMMIT;

1.2 事务控制语句

-- 开启事务
START TRANSACTION;
-- 或
BEGIN;

-- 提交事务
COMMIT;

-- 回滚事务
ROLLBACK;

-- 设置保存点
SAVEPOINT sp1;

-- 回滚到保存点
ROLLBACK TO SAVEPOINT sp1;

1.3 自动提交

-- 查看自动提交状态
SELECT @@autocommit;

-- 关闭自动提交
SET autocommit = 0;

-- 开启自动提交（默认）
SET autocommit = 1;

二、ACID特性

2.1 原子性（Atomicity）

定义：事务中的所有操作要么全部完成，要么全部不完成。

实现原理：Undo Log（回滚日志）

事务执行过程：
1. 记录undo log
2. 修改内存数据页
3. 写redo log（Prepare阶段）
4. 写binlog
5. redo log commit

如果需要回滚：
- 根据undo log将数据恢复到事务前状态

2.2 一致性（Consistency）

定义：事务执行前后，数据库从一个一致状态转换到另一个一致状态。

含义：

数据库完整性约束不被破坏
外键约束、触发器等正常执行
业务规则保证（如转账总额不变）

实现：原子性、隔离性、持久性共同保证一致性。

2.3 隔离性（Isolation）

定义：多个事务并发执行时，一个事务的执行不应影响其他事务。

实现原理：

锁机制（Locking）
多版本并发控制（MVCC）

2.4 持久性（Durability）

定义：事务一旦提交，对数据库的改变就是永久的。

实现原理：

Redo Log（重做日志）：保证已提交事务不丢失
Force Log at Commit：事务提交时强制刷盘

事务提交时的写盘流程：
1. 修改Buffer Pool中的数据页（内存）
2. 写Redo Log Buffer（内存）
3. 刷Redo Log到磁盘（顺序写，速度快）
4. 事务标记为已提交
5. 后台线程异步将脏页刷到数据文件

三、并发问题

3.1 脏读（Dirty Read）

现象：读取到其他事务未提交的数据。

时间线：
T1: UPDATE account SET balance = 900 WHERE id = 1;  -- 未提交
T2: SELECT balance FROM account WHERE id = 1;  -- 读到900（脏读）
T1: ROLLBACK;  -- 回滚，balance实际还是1000

解决：禁止读取未提交数据（Read Committed及以上）。

3.2 不可重复读（Non-repeatable Read）

现象：同一事务内两次读取同一数据，结果不同。

时间线：
T1: SELECT balance FROM account WHERE id = 1;  -- 读到1000
T2: UPDATE account SET balance = 900 WHERE id = 1; COMMIT;
T1: SELECT balance FROM account WHERE id = 1;  -- 读到900（不可重复读）

解决：Repeatable Read及以上隔离级别。

3.3 幻读（Phantom Read）

现象：同一事务内两次查询，第二次查到了第一次没有的行。

时间线：
T1: SELECT * FROM account WHERE balance > 500;  -- 查到3条
T2: INSERT INTO account VALUES (4, 600); COMMIT;
T1: SELECT * FROM account WHERE balance > 500;  -- 查到4条（幻读）

解决：Serializable隔离级别，或InnoDB的间隙锁（Gap Lock）。

3.4 丢失更新（Lost Update）

现象：两个事务同时修改同一数据，后提交的事务覆盖了先提交的修改。

时间线：
T1: SELECT balance FROM account WHERE id = 1;  -- 读到1000
T2: SELECT balance FROM account WHERE id = 1;  -- 读到1000
T1: UPDATE account SET balance = 1100 WHERE id = 1; COMMIT;
T2: UPDATE account SET balance = 900 WHERE id = 1; COMMIT;
-- 最终结果900，T1的更新丢失了

解决：使用乐观锁（版本号）或悲观锁（SELECT FOR UPDATE）。

四、隔离级别

4.1 四种隔离级别

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
READ UNCOMMITTED	可能	可能	可能
READ COMMITTED	不可能	可能	可能
REPEATABLE READ	不可能	不可能	可能（InnoDB解决）
SERIALIZABLE	不可能	不可能	不可能

4.2 READ UNCOMMITTED

SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED;

可以读取未提交的数据
性能最好，但数据一致性最差
生产环境不建议使用

4.3 READ COMMITTED

SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

只能读取已提交的数据（解决脏读）
每次SELECT生成新的ReadView
Oracle、SQL Server默认级别
可能出现不可重复读和幻读

4.4 REPEATABLE READ（MySQL默认）

SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

同一事务内多次读取结果一致（解决不可重复读）
事务开始时生成ReadView，整个事务复用
InnoDB通过MVCC + 间隙锁，一定程度上解决幻读

4.5 SERIALIZABLE

SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;

所有操作串行执行
通过加锁实现，性能最差
完全解决所有并发问题

4.6 查看和设置隔离级别

-- 查看当前隔离级别
SELECT @@transaction_isolation;
-- 或
SHOW VARIABLES LIKE 'transaction_isolation';

-- 设置当前会话隔离级别
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

-- 设置全局隔离级别
SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

五、InnoDB的MVCC实现

5.1 隐藏字段

InnoDB每行记录都有两个隐藏字段：

DB_TRX_ID：最后修改该记录的事务ID
DB_ROLL_PTR：回滚指针，指向undo log

+----------+--------+---------+------------+-------------+
| id | name | balance | DB_TRX_ID  | DB_ROLL_PTR |
+----------+--------+---------+------------+-------------+
| 1  | Alice| 1000    | 100        | 0x7f...     |
+----------+--------+---------+------------+-------------+

5.2 Undo Log链

每次修改记录，都会生成undo log，形成版本链：

当前记录（最新版本）
    │ DB_ROLL_PTR
    ▼
Undo Log（上一个版本）
    │ DB_ROLL_PTR
    ▼
Undo Log（更早版本）
    │
   NULL

5.3 ReadView机制

ReadView是事务进行快照读时生成的读视图，决定能看到哪个版本的数据。

ReadView包含：

creator_trx_id：创建该ReadView的事务ID
m_ids：生成ReadView时，活跃的事务ID列表
min_trx_id：m_ids中的最小值
max_trx_id：下一个要分配的事务ID

可见性判断规则：

对于某条记录的DB_TRX_ID：

如果DB_TRX_ID == creator_trx_id：自己修改的，可见
如果DB_TRX_ID < min_trx_id：在ReadView创建前已提交，可见
如果DB_TRX_ID >= max_trx_id：在ReadView创建后启动，不可见
如果min_trx_id <= DB_TRX_ID < max_trx_id：
- 在m_ids列表中：事务活跃，不可见
- 不在m_ids列表中：已提交，可见

不可见时：通过DB_ROLL_PTR找到上一个版本，继续判断。

5.4 不同隔离级别的ReadView差异

READ COMMITTED：

每次SELECT生成新的ReadView
能看到其他事务已提交的最新数据

REPEATABLE READ：

事务第一次SELECT时生成ReadView
整个事务期间复用该ReadView
保证同一事务内读取一致性

六、锁机制与隔离级别

6.1 InnoDB锁类型

按粒度：

行锁（Record Lock）
间隙锁（Gap Lock）
临键锁（Next-Key Lock = Record Lock + Gap Lock）
表锁

按功能：

共享锁（S Lock）：读锁
排他锁（X Lock）：写锁

6.2 各隔离级别的锁行为

READ UNCOMMITTED：

SELECT不加锁，直接读最新数据（包括未提交的）

READ COMMITTED：

SELECT不加锁，使用MVCC读取已提交数据
UPDATE/DELETE只锁匹配的行（记录锁）

REPEATABLE READ：

SELECT不加锁，使用MVCC读取快照
UPDATE/DELETE使用临键锁（Next-Key Lock），防止幻读
范围查询时加间隙锁

SERIALIZABLE：

所有SELECT加共享锁
完全串行化

6.3 幻读的解决

InnoDB在REPEATABLE READ下通过间隙锁解决幻读：

-- T1
BEGIN;
SELECT * FROM account WHERE id > 5 FOR UPDATE;
-- 锁住id>5的记录，以及id>5的间隙

-- T2
INSERT INTO account VALUES (10, ...);  -- 被阻塞！间隙锁阻止插入

注意：普通SELECT（快照读）不受间隙锁保护，可能看到幻读。只有FOR UPDATE（当前读）加间隙锁才能完全避免。

七、事务优化建议

7.1 事务设计原则

保持事务简短：长事务占用锁时间长，影响并发
避免在事务中做RPC调用：网络延迟导致事务长时间不提交
按固定顺序访问资源：减少死锁概率
合适的隔离级别：不需要RR时，使用RC提升并发

7.2 大事务处理

-- 大DELETE分批处理
REPEAT
    DELETE FROM logs WHERE create_time < '2023-01-01' LIMIT 1000;
    SLEEP 1;
UNTIL ROW_COUNT() = 0 END REPEAT;

7.3 监控长事务

-- 查看正在执行的事务
SELECT 
    trx_id,
    trx_state,
    trx_started,
    TIMESTAMPDIFF(SECOND, trx_started, NOW()) AS trx_seconds,
    trx_mysql_thread_id,
    trx_tables_locked,
    trx_rows_locked
FROM information_schema.innodb_trx
ORDER BY trx_started;

-- 杀死长事务
KILL <trx_mysql_thread_id>;

八、总结

特性	实现机制	关键概念
原子性	Undo Log	回滚
一致性	ACID综合	约束、触发器
隔离性	MVCC + 锁	ReadView、间隙锁
持久性	Redo Log	WAL、刷盘

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读	实现
RU	✓	✓	✓	无
RC	✗	✓	✓	MVCC
RR	✗	✗	部分	MVCC + 间隙锁
Serializable	✗	✗	✗	串行化

理解ACID和隔离级别的实现原理，有助于：

合理选择隔离级别
设计出高效的事务逻辑
快速定位和解决并发问题

核心要点

事务失效的常见原因：非 public 方法、自调用、异常被吞掉、错误的传播级别
事务传播级别决定了方法之间的事务关系，REQUIRED 是默认值
使用 @Transactional(rollbackFor = Exception.class) 确保异常回滚
编程式事务在某些场景下比声明式事务更灵活

总结

事务管理是保证数据一致性的关键。理解事务的工作机制和常见陷阱，能帮你写出更健壮的代码。在实际项目中，合理配置事务边界非常重要。

转载规则

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