MySQL事务（二）事务隔离的实现原理：一致性读

今天我们来学习一下MySQL的事务隔离是如何实现的。如果你对事务以及事务隔离级别还不太了解的话，这里左转。

好的，下面正式进入主题。事务隔离级别有4种：读未提交、读提交、可重复读和串行化。首先我们来说一下读未提交和串行化。

读未提交：性能最好，因为不加锁，所以可以理解为没有隔离。
串行化：读加共享锁，其他事务可并发读，但不能写；写加排他锁，其他事务不能并发写也不能并发读。

这两种方式要么啥都不管，并发性能最好，但也最多问题；要么管得很严，无法并发处理，实现简单。

另外两种，读提交和可重复读，的实现方式就有考究了。

可重复读

首先我们来看一下可重复读是如何实现的。

在可重复读隔离级别下，事务在启动的时候就“拍了个快照”，并且这个快照是基于整个库的。而“快照”在计算机里是拷贝了一份当前的副本文件，但在数据库并发访问场景下，不可能真的拷贝一份数据副本。

实际上，这个快照是基于InnoDB在实现MVCC时用到的一致性读视图来实现的。

MVCC的全称是“多版本并发控制”。这项技术使得InnoDB的事务隔离级别下执行一致性读操作有了保证，换言之，就是为了查询一些正在被另一个事务更新的行，并且可以看到它们被更新之前的值。这是一个可以用来增强并发性的强大的技术，因为这样的一来的话查询就不用等待另一个事务释放锁。这项技术在数据库领域并不是普遍使用的。一些其它的数据库产品，以及MySQL其它的存储引擎并不支持它。

如何实现“快照”

InnoDB里面每个事务有一个唯一的事务ID，叫作transaction id。它是在事务开始的时候向InnoDB的事务系统申请的，是按申请顺序严格递增的。

数据表中的一行记录，其实可能有多个版本（row），每个版本都有自己的row trx_id。如图1所示：

图1 行状态变更图

图中虚线框里是同一行数据的4个版本，当前最新版本是V4，k的值是22，它是被transaction id为25的事务更新的，因此它的row trx_id是25。

其实除了最新版本V4外，其他三个版本实际上是不存在的，它们是由undo log和最新版本数据计算得到的。其中undo段就是图中的虚线箭头的U1、U2、U3，例如V1版本就是根据V4依次执行U3、U2、U1计算得到的。

undo log是回滚日志，保存的是逻辑格式的日志，可用于事务回滚，也可以用于MVCC。

按照可重复读的定义，一个事务启动的时候，能够看到所有已经提交的事务结果。但之后在这个事务执行期间，其他事务的更新对它不可见。

InnoDB为每个事务构成一个数组，用来保存这个事务启动瞬间，当前正在“活跃”的所有事务ID。“活跃”指启动了但还没有提交。

数组里事务ID的最小值记为低水位，当前系统里面已经创建过的事务ID的最大值加1记为高水位。这个视图数组加高水位就组成了当前事务的一致性视图（read-view）。

而数据版本的可见性规则，就是基于数据的row trx_id和这个一致性视图的对比结果得到的。

图2 数据可见性规则

对于当前事务的启动瞬间来说，一个数据版本的row trx_id有以下几种可能：

如果落在绿色部分，表示这个版本是已经提交的事务或者是当前事务自己生成的，这个数据是可见的。
如果落在红色部分，表示这个版本是由将来启动的事务生成的，不可见。
如果落在橙色部分，就有两种情况：
- 若row trx_id在数组中，表示这个版本是由还没提交的事务生成的，不可见。
- 若row trx_id不在数组中，表示这个版本是已经提交了的事务生成的，可见。

比如图1中的数据来说，如果有一个事务，它的低水位是18，那么当它访问这一行数据时，就会从V4通过U3计算出V3，所以在它看来，这一行的值是11。

在更新时如何使用一致性读

图3 示例1

我们来看示例1，如果事务B在事务C更新之前查询，这个查询返回值是1。但是当它要去更新数据时，就不能在历史版本上更新了，否则事务事务C的更新就会丢失。

这里就用到一条规则：更新数据都是先读后写，而这个读只能是读当前的值，称为“当前读”（current read）。

因此事务B更新时，当前读拿到的数据是(1, 2)，更新后是(1, 3)，并且row trx_id是101。

事务B后续查询时，看到最新数据的版本号是101，而自己也是101，就直接返回，得到的k值是3。

图4 示例2

我们再来看示例2，示例2与示例1的区别在于，事务C'在事务B的写读操作后提交。

事务C'在提交前对行加写锁。而事务B是当前读，而且必须要加锁，因此被锁住了，必须等到事务C'释放这个锁，才能继续它的当前读。

到这里，把一致性读、当前读和行锁串起来了。

小结

本节问题，事务的可重复读隔离级别是如何实现的？

可重复读的核心就是一致性读；而事务更新数据的时候，只能用当前读。如果当前的记得的行锁被其他事务占用的话，就需要进入锁等待。

读提交

读提交的实现方式跟可重复读类似，它们最主要的区别是：

在可重复读隔离级别下，只需要在事务开始的时候创建一致性视图，之后事务里的其他查询都共用这个一致性视图；
在读提交隔离级别下，每个语句执行前都会重新算出一个新的视图。

参考资料