MySQL隔离级别的实现

虽然平时已经很少使用MySQL了，但是数据库作为基本技能仍然不能忘，最近在学习数据库隔离级别，在此写下个人理解以备复习。

大家都知道数据库事务ACID（原子性、一致性、隔离性和持久性）的四个特征，也知道数据库存在三种并发问题（脏读、不可重复读、幻读），以及针对性的四种隔离级别（读未提交、读已提交、可重复读、序列化）。

解决与否	脏读	不可重复读	幻读
读未提交	Yes	Yes	Yes
读已提交	No	Yes	Yes
可重复读	No	No	Yes
串行化	No	No	No

特别提醒一句，隔离级别作用在连接（或会话）级别。客户端每次连接数据库的时候，都要根据自己对一致性的需求程度合理设置自己的事务隔离级别。

那么问题来了，MySQL底层（下文均指InnoDB引擎）是采用何种技术来实现这四种隔离级别的呢？

读未提交

MySQL全表的数据存储在以主键为排序值的B+树索引中，叶子节点存储了相应主键的整行记录。需要指出的是，叶子节点的数据都是最新的数据，可能是事务提交后的一致状态，也可能是事务执行中的中间值（可能被回滚）。

当隔离级别设置为RU时：

所有的读不加锁，读到的都是叶子节点上最新的值，性能最好。
所有的写（更新、插入、删除）加行级排斥锁，不存在脏写的问题，写完就释放锁。

读已提交

当隔离级别是RC和RR时，就要谈到大名鼎鼎的MVCC（多版本控制）技术。通过在每行加入若干隐藏的字段，它实现了不加锁的读操作，性能较好。

先说RC级别的写操作，MySQL依然加行级排斥锁。事务开始时会往UNDO日志中写入当前的有效记录值，B+树叶子节点的隐藏列DATA_ROLL_PTR会存储指向该UNDO记录的指针。顺着行的DATA_ROLL_PTR的指针形成一个链表，记录该行数据的有效的历史记录。
再说不加锁的读操作，如果叶子节点正被其他事务锁定，那么MySQL顺着叶子节点的DATA_ROLL_PTR指针找到上一个有效的历史记录即可。

可重复读

在事务开始的时候，除了正常往UNDO日志中写回滚的数据外，会创建一个ReadView，记录了当前活跃的其他事务的ID，其中最小值为Tmin，最大值为Tmax。

当执行SELECT操作时，MySQL顺着行记录的DATA_ROLL_PTR指针查找符合条件的历史版本。这里就用到了另一个隐藏列DATA_TRX_ID，其中存储的是更新该记录的事务ID（事务ID是全局递增且唯一的）。如果DELETE_BIT为1，则代表ID为DATA_TRX_ID的事务对当前行执行了删除。

扫描历史版本串成的链表的过滤条件是：

如果当前记录的DATA_TRX_ID小于Tmin（之前存在的数据），那么由DELETE_BIT决定是否可见；否则，转2。
如果当前记录的DATA_TRX_ID小于Tmax，且不在活跃的事务ID集合中，那么由DELETE_BIT决定是否可见视为可见；否则，转3。
否则视为不可见，顺着DATA_ROLL_PTR进入上一个历史版本，或因为到头而结束回溯。

因为插入的数据版本号要么在活跃事务ID集合内、要么小于当前事务ID，所以MVCC机制同时解决了幻读问题。

需要指出的是，以上三个隔离级别中的读均为普通的SELECT。如果用的是SELECT ... LOCK IN SHARE MODE或SELCT ... FOR UPDATE，均属于当前读。即加读锁或写锁，读叶子节点最新值。如果更早的事务改了行值，依然会存在不可重复读的情况；如果前后两次读均为当前读，则不会如此（因为第一次读加锁了）。

在RR级别下，如果WHERE的条件列上有唯一索引，那么MySQL只加行级锁；如果是普通索引，会加间隙锁来防止幻读；如果没有索引，就会首先锁表的所有记录、再释放不符合条件的行的锁，因此会大大降低并发写的能力。

串行化

读写均加表级的读写锁即可，直接读主键索引B+树的叶子节点的最新数据。该级别下，数据一致性很强，但是并发写的能力非常差。