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InnoDB事务与锁

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Java MySQL 大数据

事务

可以理解为数据库执行的一个最基础的单位，其包含有限的操作命令（crud）。

事务的属性(ACID)：事务必须满足四个属性，原子性（atomicity）、一致性（consistency）、隔离性（isolation）、持久性（durability）

原子性：要么执行完全结束，要么全部不执行。避免数据执行不完全带来的错误数据，所以事务必须具有原子性（commit、rollback）。即在事务A提交之前，如果发生错误，则需要回退到事务执行前的状态。

一致性：指的是事务在执行的前后，数据库的数据一定会保持一致性的状态。可以理解为系统从一种状态转变为另一种状态。事务A在提交之后，对系统的改变，事务B一定会感知到相同的变化。

隔离性：指的是事务之间的执行相互独立。在并发多个事务执行的时候，每个事务内部的操作不会影响到其他的事务。事务的执行可以抽象为串行执行（这里是修改上的串行）。针对不同情况，事务的隔离会有不同的隔离级别。

持久性：事务一旦提交成功就会被更新到到数据库，不会再被回退。

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事务的隔离性级别：

针对并发执行的事务，会出现以下问题：（脏读、不可重复读、幻读）

1.脏读：事务A读取事务B更新的数据，数据B进行了回滚操作，那么A读取到的数据是回滚前的数据是脏数据。

2.不可重复读：在一次事务中，前后两次查询的数据不一致。主要是在事务未提交前，有其他的事务进行了更新提交操作。

3.幻读：事务A在对系统进行更新以后，事务B对系统进行了插入或者删除操作，导致事务A发现仍有数据未更新，如同幻觉。

四种事务隔离级别：（处理并发问题）

隔离级别脏读不可重复读幻读

读未提交是是是

读已提交否是是

可重复读否否是

可串行化否否否

读未提交（Read Uncommitted）：在该隔离级别，所有事务都可以看到其他未提交事务的执行结果。事务A可以读取事务B未提交的数据，如果事务B回滚，此时A读取的数据即为脏数据。

读已提交（Read Committed）：事务A只能读取事务B，或者其他事务已经提交的数据。所以不会出现脏读的数据，但是会出现前后两次不一致的不可重复读，或者幻读。

可重复读（Repeatable Read）：这是MySQL的默认事务隔离级别，它确保同一事务的多个实例在并发读取数据时，会看到同样的数据行。这是因为MVCC机制，select读取不会更改版本号，是快照读，而insert、update和delete会更新版本号，是当前读（当前版本）（注意，这里不会破坏数据的一致性）。无法解决幻读的现象。

可串行化（Serializable）：当事务A开启此隔离的级别时候，当其他事务插入一条记录报错，表会被锁了插入失败，mysql中事务隔离级别为serializable时会锁整个表，防止幻读的出现，但是完全的串行换操作会导致效率极低，一般不会使用此隔离级别。

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设置全局事务隔离级别：

>SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED;
>SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
>SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
>SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;

设置当前会话事务隔离级别：

>set session transaction isolation level READ UNCOMMITTED;
>set session transaction isolation level READ COMMITTED;
>set session transaction isolation level REPEATABLE READ;
>set session transaction isolation level SERIALIZABLE;

查询事务隔离级别分析工具：

>show variables like '%iso%';
>select @@global.transaction_isolation;

事务隔离级别加锁分析

锁的类型：

锁模式

共享锁（share(S) Lock）：

SELECT ... LOCK IN SHARE MODE

排他锁（exclusive(X) Lock）：

SELECT * FROM table_name WHERE … FOR UPDATE

意向锁（Intention Locks）：表级别的锁，自动施加，自动释放。

锁在细力度上又可以分为表锁和行锁

共享锁（share(S) Lock）：共享锁，顾名思义此对象锁是可以共享的，即事务A对数据加上共享锁以后，其它事务也可以加上共享锁，但是不能加排它锁。共享锁只能读，不能修改数据。（行锁）。

排他锁（exclusive(X) Lock）：当且只有一个事务可以对数据加锁，而其他事务不能再加任何类型的锁，排他锁可以读，也可以写。（行锁）。

意向锁（Intention Locks）：表级别的锁，是在数据库的某行加锁（s或者x）的获取时候，自动加上意向锁（IS或者IX），记录有此类（s或者x）锁。（表级别锁不会和行级别锁冲突）

为什么要使用意向锁：当事务要加入一个表级锁的时候，我们需要遍历每一行看一看是否有其他锁防止冲突，如果数据量较大那么性能将会极低，所以加上意向锁可以直接判断是否有意向锁即可。

获得锁

1.事务在获得某个数据的S锁,必须先获得一个IS或者更强的锁

2.事务在获得某个数据的X锁,必须先获得表的IX锁

加锁

事务在加入表级锁时，先判断是否有X、IX、S、IS锁，有则失败

X IX S IS

X Conflict Conflict Conflict Conflict

IX Conflict Compatible Conflict Compatible

S Conflict Conflict Compatible Compatible

IS Conflict Compatible Compatible Compatible

可以看出，共享锁S是兼容S和IS的。IS与IX意向锁是对表加锁相互兼容的。

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锁的类型

记录锁（Record Locks）：innoDB的行锁是对索引的加锁，innoDB是一个聚簇索引使用的是B+树来进行实现的，所以innoDB的锁只有在使用索引的条件时候，才会加锁，即便是不同行但是相同索引也会有冲突。当不使用索引时，则会使用表锁。

间隙锁（Gap Locks）：对索引项之间的"间隙"加锁,不包括索引项本身（左右开区间）。e.g. SELECT c1 FROM t WHERE c1 BETWEEN 10 and 20 FOR UPDATE; GAP锁会阻止其他事务进行的插入操作，不会阻止其他事务获取相同间隙的gap锁并且gap S-lock和gap X-lock不冲突。

Next-Key Locks ： Next-Key 锁 = 记录锁+间隙锁。锁定一个范围并且锁定记录本身索引。InnoDB的默认加锁方式。

插入意向锁（Insert Intention Locks）：是间隙锁的一种，在插入一条记录之前，需要先拿到插入间隙的插入意向锁。当其他事务持有目标间隙的Gap锁时会阻塞。

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MVCC（Multiversion Concurrency Control）多版本并发控制

作用：实现了读不加锁不会导致阻塞，写加锁，读写不冲突，在读多写少的场景下极大的提高了其效率，增加了其并发性。RC和RR级别使用。

实现：在每一行记录的后面增加两个隐藏列，记录创建版本号和删除版本号。每个事务都有唯一的递增版本号，那么每一操作的创建版本号或者删除版本号都会使用事务的版本号。

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INSERT：InnoDB为每个新增行记录当前事务编号作为创建ID
UPDATE：记录修改当前行的值，写事务编号，回滚指针指向undo log中的修改前的行
DELETE：将删除位置为删除
SELECT：查询出数据行的版本小于等于当前事务的版本号的数据，如删除位为删除则表示已删除

1.创建一个name=sql的数据，事务号为1

>insert into test (name) values(1);

id name create version delete version

1 sql 1

2.接着更新这个数据，使得name=innodb，其事务版本号为2。

具体操作先把以前这条数据删除，在插入新的数据，使用版本号来标记

>update test set name= 'innodb' where id=1;

id name create version delete version

1 sql 1 2 (代表这条数据已经被删除)

1 innodb 2

3.删除操作,事务版本号为3

>delete test where id = 1;

id name create version delete version

1 sql 1 2 (代表这条数据已经被删除)

1 innodb 2 3 (代表这条数据已经被删除)

4.查询条件: 创建版本号 < 当前版本号 < 删除版本号

RR:在RR的时候，读的是当前的快照表，读取的是固定版本（第一次select的版本）的数据，所以一个事务内的读是一致的。但是 insert update delete操作的是当前读，是最新版本的数据。（快照读）

RC:读事务每次都读取最近的版本，因此两次对同一字段的读可能读到不同的数据（幻读），但能保证每次都读到最新的数据。（当前读）

快照读：读到的数据可能是历史版本数据。

当前读：读到的数据是最近版本数据，特殊的读操作，插入/更新/删除操作，属于当前读需要加锁。

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针对隔离级别加锁分析

RU: Select不加锁，写加X锁

RC: Select快照读不加锁，写加X锁

RR: Select快照读不加锁，写加X Next-key锁

Serializable: Select加S Next-key锁，写加X Next-key锁

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RU与RC:区别在于快照读与无快照读

RC与RR:一致性读肯定是读取在某个时间点已经提交了的数据,RC的时间点为当前时间点，RR的时间点是第一次select的时间点

RR与Serializable:RR通过快照读，读取的都是过去某个时间点的快照，而Serializable级别下都是加了S锁的读，督导的都是当前时间点的，这意味着在提交前，其他事务无法进行提交。

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死锁

从图中,可以看到一个Update操作的具体流程：当Update SQL被发给MySQL后,MySQL Server会根据where条件,读取第一条满足条件的记录,然后InnoDB引擎会将第一条记录返回,并加锁(current read).待MySQL Server收到这条加锁的记录之后,会再发起一个Update请求,更新这条记录.一条记录操作完成,再读取下一条记录,直至没有满足条件的记录为止.因此,Update操作内部,就包含了一个当前读.

注：根据上图的交互,针对一条当前读的SQL语句,InnoDB与MySQL Server的交互,是一条一条进行的,因此,加锁也是一条一条进行的.先对一条满足条件的记录加锁,返回给MySQL Server,做一些DML操作；然后在读取下一条加锁,直至读取完毕.

单个SQL组成的事务，从宏观上来看，锁是在这个语句上一次获得的，但从底层实现上来看，是逐个记录行查询，得到符合条件的记录即对该行记录的索引加锁.，而加锁的过程是边查边加、逐行获得。

这个一个数据库的设计原则，说的是锁操作分为两个阶段：加锁阶段与解锁阶段，并且保证加锁阶段与解锁阶段不相交。在一个事务中先加锁执行完操作，再统一在commit前释放所有的锁。

RC与RR的区别，RC级别下不会加GAP锁，RR级别下会加GAP锁