一、 事务
事务(Transaction),即满足 ACID 特性的一组操作，可以通过 Commit 提交一个事务,也可以使用 Rollback 进行回滚。
ACID
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A 原子性 Atomicity
事务被视为不可分割的最小单元,事务的所有操作要么全部提交成功,要么全部失败回滚。
回滚可以用回滚日志来实现,回滚日志记录着事务所执行的修改操作,在回滚时反向执行这些修改操作即可。 -
C 一致性 Consistency
数据库在事务执行前后都保持一致性状态。
在一致性状态下,所有事务对一个数据的读取结果都是相同的。 -
I 隔离性 Isolation
一个事务所做的修改在最终提交以前,对其它事务是不可见的。 -
D 持久性 Durability
一旦事务提交,则其所做的修改将会永远保存到数据库中。即使系统发生崩溃,事务执行的结果也不能丢失。
使用重做日志来保证持久性。
关系
原子性 + 隔离性 -> 一致性
原子性与隔离性共同在并发的情况下保证了一致性，即数据的正确性，最后正确的数据在数据库中持久化保存。
因此，一致性是核心。
一致性问题
串行的情况下，隔离性自然保证，保证了基本的原子性，就可以保证一致性。
并发的情况下，隔离性难以保证，由此引发了一系列不一致的问题：
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写问题
- 更新丢失
- 第一类：A 的撤销覆盖了 B 的修改，B 的更新丢失
- 第二类：A 的修改覆盖了 B 的修改，B 的更新丢失
- 更新丢失
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读问题：
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读脏数据
B 读取 A 已修改但未提交的数据，但随后 A 再次进行了修改(或回滚)，B 读到了脏数据(中间数据，垃圾数据)。 -
不可重复读
A 修改/删除了数据，B 在 A 修改/删除数据前后两次读取，B 读取的内容不一致。
与读脏数据的区别在于 A 是否已提交。 -
幻影读
A 新增了数据，B 在 A 新增数据前后两次读取，B 读取的内容不一致。
与不可重复读的区别在于是同一条数据的修改，还是读到了不同的数据。
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解决这些一致性问题，重点在于解决隔离性问题，因此设置了 隔离级别。
二、 隔离级别
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未提交读 READ_UNCOMMITTED：事务中的修改,即使没有提交,对其它事务也是可见的。
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提交读 READ_COMMITTED：事务只能读取已经提交的事务所做的修改。
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可重复读 REPEATABLE_READ：保证在同一个事务中多次读取同样数据的结果是一样的。
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可串行化 SERIALIZABLE：强制事务串行执行。
四种级别，并发性依次下降，安全性依次上升。
对于 3 种读问题，4 种级别分别位于 4 个区间。即：
| 级别 | 读脏数据 | 不可重复读 | 幻影读 |
|---|---|---|---|
| 未提交读 | 允许 | 允许 | 允许 |
| 提交读 | 禁止 | 允许 | 允许 |
| 可重复读 | 禁止 | 禁止 | 允许 |
| 可串行化 | 禁止 | 禁止 | 禁止 |
隔离级别的具体实现是通过 锁 来完成的。
三、 锁
读写锁
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读锁：共享锁，S 锁(Shared)
加读锁后，其他事务只能进行读取，不能进行更新，即只能加读锁，不能加写锁。 -
写锁：排他锁，X 锁(Exclusive)
加写锁后，其他事务不能读取和更新，即不能加任何锁。
读写锁实现隔离级别
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未提交读
- 读：不加锁
- 写：行级共享锁
B 可以读到 A 已修改未提交的数据。因此会造成读脏数据问题。
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提交读
- 读：行级共享锁,读完该行立即释放
- 写：行级排他锁,事务结束才能释放
A 修改数据，会对该行加锁，直至事务结束，B 不会读到未提交的数据。因此可以解决脏读问题。
A 和 B 可以同时读取某行，保证该行不会被修改。但读取结束后，数据可以被修改。因此会造成可重复读问题。 -
可重复读
- 读：行级共享锁，事务结束才能释放
- 写：行级排他锁，事务结束才能释放
读锁写锁都是直到事务结束才能释放。因此可以解决不可重复读问题。
但无法解决幻影读问题：A B 1 select * from users where age < 20 2 insert into users(age) values(18) 3 select * from users where age < 20 (1) A 对 1 检索出的 n 条数据加共享锁，B 无法修改或删除这 n 条数据。
(2) B 新增 1 条数据。
(3) A 检索出 n + 1 条数据。A 两次读取得到的数据条数并不一致，出现了幻影读的现象。
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可串行化
- 读：表级共享锁，事务结束才能释放
- 写：表级排他锁，事务结束才能释放
解决幻影读的问题。
但是效率极为低下。
意向锁
如果想为一张表加表锁，需要检查表的每一行是否有冲突的行锁，扫描全表消耗很大，为了解决这个问题，引入意向锁。
意向锁是表级锁，是一种虚锁，仅代表有加锁的意图，同样分为 IS 和 IX。
- 一个事务在获得某个数据行对象的 S 锁之前,必须先获得表的 IS 锁或者更强的锁;
- 一个事务在获得某个数据行对象的 X 锁之前,必须先获得表的 IX 锁。
乐观锁
乐观锁指 乐观 地认为操作不会导致冲突，在操作数据前不加锁，在修改后，再去判断是否冲突。
数据库本身不提供乐观锁，需要程序员自己实现，通常可以利用 CAS 的思想。
- 为表添加版本字段，每次操作数据时版本号 + 1
- 取出数据时，记录版本号
- 计算数据后，再次取出版本号，判断是否一致
- 一致：这段时间内，数据没有被修改过，将版本号 + 1 后放回数据
- 不同：这段时间内，数据被修改过，重新取出数据，即执行 2
与乐观锁相对应，悲观锁 悲观 地认为此次操作会出现数据冲突，所以在进行操作前就加锁，保证操作的正确性。
悲观锁直接由数据库提供，如共享锁，排他锁，都是悲观锁的实现。
四、 多版本并发控制
隔离级别可以使用锁来实现，但效率不高。
多版本并发控制( MVCC )用于实现提交读和可重复读这两种隔离级别。
未提交读隔离级别总是读取最新的数据行,无需使用MVCC。
可串行化隔离级别需要对所有读取的行都加锁,单纯使用 MVCC 无法实现。
MVCC是通过在每行记录后面保存两个隐藏的列来实现的。
- 行的创建时间
- 行的过期时间(或删除时间)
这两列用系统版本号表示。每开始一个新的事务， 系统版本号 都会自动递增。
事务开始时刻的系统版本号会作为 事务版本号，用来和查询到的每行记录的版本号进行比较。
实现可重复读
SELECT
- 只查找版本小于或等于当前事务版本的数据行：确保事务读取的行，要么是在事务开始前已经存在的，要么是事务自身插入或者修改过的。
- 只查找删除版本大于当前事务版本或未定义删除版本的数据行：确保事务读取到的行，在事务开始之前未被删除。
INSERT
新插入的每一行保存当前系统版本号作为行版本号。
DELETE
删除的每一行保存当前系统版本号作为行删除标识。
UPDATE
- 插入一行新记录，保存当前系统版本号作为行版本号。
- 同时保存当前系统版本号到原来的行作为行删除标识。
相当于 INSERT + DELETE。