MySQL事务隔离级别的实现原理
回顧
在MySQL的眾多存儲引擎中，只有InnoDB支持事務，所有這里說的事務隔離級別指的是InnoDB下的事務隔離級別。
讀未提交：一個事務可以讀取到另一個事務未提交的修改。這會帶來臟讀、幻讀、不可重復讀問題。（基本沒用）
讀已提交：一個事務只能讀取另一個事務已經提交的修改。其避免了臟讀，但仍然存在不可重復讀和幻讀問題。
可重復讀：同一個事務中多次讀取相同的數據返回的結果是一樣的。其避免了臟讀和不可重復讀問題，但幻讀依然存在。
串行化：事務串行執行。避免了以上所有問題。
以上是SQL-92標準中定義的四種隔離級別。在MySQL中，默認的隔離級別是REPEATABLE-READ（可重復讀），并且解決了幻讀問題。簡單的來說，mysql的默認隔離級別解決了臟讀、幻讀、不可重復讀問題。
不可重復讀重點在于update和delete，而幻讀的重點在于insert。
在這里，我們只討論可重復讀。
知識儲備
MVCC
譯注：
MVCC的全稱是“多版本并發控制”。這項技術使得InnoDB的事務隔離級別下執行一致性讀操作有了保證，換言之，就是為了查詢一些正在被另一個事務更新的行，并且可以看到它們被更新之前的值。這是一個可以用來增強并發性的強大的技術，因為這樣的一來的話查詢就不用等待另一個事務釋放鎖。這項技術在數據庫領域并不是普遍使用的。一些其它的數據庫產品，以及mysql其它的存儲引擎并不支持它。
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說明
網上看到大量的文章講到MVCC都是說給沒一行增加兩個隱藏的字段分別表示行的創建時間以及過期時間，它們存儲的并不是時間，而是事務版本號。
事實上，這種說法并不準確，嚴格的來講，InnoDB會給數據庫中的每一行增加三個字段，它們分別是DB_TRX_ID、DB_ROLL_PTR、DB_ROW_ID。
但是，為了理解的方便，我們可以這樣去理解，索引接下來的講解中也還是用這兩個字段的方式去理解。
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增刪查改
在InnoDB中，給每行增加兩個隱藏字段來實現MVCC，一個用來記錄數據行的創建時間，另一個用來記錄行的過期時間（刪除時間）。在實際操作中，存儲的并不是時間，而是事務的版本號，每開啟一個新事務，事務的版本號就會遞增。
于是乎，默認的隔離級別（REPEATABLE READ）下，增刪查改變成了這樣：
- SELECT
- 讀取創建版本小于或等于當前事務版本號，并且刪除版本為空或大于當前事務版本號的記錄。這樣可以保證在讀取之前記錄是存在的。
- INSERT
- 將當前事務的版本號保存至行的創建版本號
- UPDATE
- 新插入一行，并以當前事務的版本號作為新行的創建版本號，同時將原記錄行的刪除版本號設置為當前事務版本號
- DELETE
- 將當前事務的版本號保存至行的刪除版本號
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快照讀和當前讀
快照讀：讀取的是快照版本，也就是歷史版本
當前讀：讀取的是最新版本
普通的SELECT就是快照讀，而UPDATE、DELETE、INSERT、SELECT ... ?LOCK IN SHARE MODE、SELECT ... FOR UPDATE是當前讀。
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一致性非鎖定讀和鎖定讀
鎖定讀
在一個事務中，標準的SELECT語句是不會加鎖，但是有兩種情況例外。SELECT ... LOCK IN SHARE MODE 和 SELECT ... FOR UPDATE。
SELECT ... LOCK IN SHARE MODE
給記錄假設共享鎖，這樣一來的話，其它事務只能讀不能修改，直到當前事務提交
SELECT ... FOR UPDATE
給索引記錄加鎖，這種情況下跟UPDATE的加鎖情況是一樣的
一致性非鎖定讀
consistent read?（一致性讀），InnoDB用多版本來提供查詢數據庫在某個時間點的快照。如果隔離級別是REPEATABLE READ，那么在同一個事務中的所有一致性讀都讀的是事務中第一個這樣的讀讀到的快照；如果是READ COMMITTED，那么一個事務中的每一個一致性讀都會讀到它自己刷新的快照版本。Consistent read（一致性讀）是READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔離級別下普通SELECT語句默認的模式。一致性讀不會給它所訪問的表加任何形式的鎖，因此其它事務可以同時并發的修改它們。
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悲觀鎖和樂觀鎖
悲觀鎖，正如它的名字那樣，數據庫總是認為別人會去修改它所要操作的數據，因此在數據庫處理過程中將數據加鎖。其實現依靠數據庫底層。
樂觀鎖，如它的名字那樣，總是認為別人不會去修改，只有在提交更新的時候去檢查數據的狀態。通常是給數據增加一個字段來標識數據的版本。
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鎖
有這樣三種鎖我們需要了解
- Record Locks（記錄鎖）：在索引記錄上加鎖。
- Gap Locks（間隙鎖）：在索引記錄之間加鎖，或者在第一個索引記錄之前加鎖，或者在最后一個索引記錄之后加鎖。
- Next-Key Locks：在索引記錄上加鎖，并且在索引記錄之前的間隙加鎖。它相當于是Record Locks與Gap Locks的一個結合。
假設一個索引包含以下幾個值：10,11,13,20。那么這個索引的next-key鎖將會覆蓋以下區間：
(negative infinity, 10]
(10, 11]
(11, 13]
(13, 20]
(20, positive infinity)
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了解了以上概念之后，接下來具體就簡單分析下REPEATABLE READ隔離級別是如何實現的
理論分析
之所以說是理論分析，是因為要是實際操作證明的話我也不知道怎么去證明，畢竟作者水平實在有限。
但是，這并不意味著我在此胡說八道，有官方文檔為證。
這段話的大致意思是，在默認的隔離級別中，普通的SELECT用的是一致性讀不加鎖。而對于鎖定讀、UPDATE和DELETE，則需要加鎖，至于加什么鎖視情況而定。如果你對一個唯一索引使用了唯一的檢索條件，那么只需鎖定索引記錄即可；如果你沒有使用唯一索引作為檢索條件，或者用到了索引范圍掃描，那么將會使用間隙鎖或者next-key鎖以此來阻塞其它會話向這個范圍內的間隙插入數據。
作者曾經有一個誤區，認為按照前面說MVCC下的增刪查改的行為就不會出現任何問題，也不會出現不可重復讀和幻讀。但其實是大錯特錯。
舉個很簡單的例子，假設事務A更新表中id=1的記錄，而事務B也更新這條記錄，并且B先提交，如果按照前面MVVC說的，事務A讀取id=1的快照版本，那么它看不到B所提交的修改，此時如果直接更新的話就會覆蓋B之前的修改，這就不對了，可能B和A修改的不是一個字段，但是這樣一來，B的修改就丟失了，這是不允許的。
所以，在修改的時候一定不是快照讀，而是當前讀。
而且，前面也講過只有普通的SELECT才是快照讀，其它諸如UPDATE、刪除都是當前讀。修改的時候加鎖這是必然的，同時為了防止幻讀的出現還需要加間隙鎖。
- 一致性讀保證了可用重復讀
- 間隙鎖防止了幻讀
回想一下
1、利用MVCC實現一致性非鎖定讀，這就有保證在同一個事務中多次讀取相同的數據返回的結果是一樣的，解決了不可重復讀的問題
2、利用Gap Locks和Next-Key可以阻止其它事務在鎖定區間內插入數據，因此解決了幻讀問題
綜上所述，默認隔離級別的實現依賴于MVCC和鎖，再具體一點是一致性讀和鎖。
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演示
上面四幅截圖對比，可以看到由于id是主鍵，用id作為檢索條件時只鎖定那一個索引記錄。接下來，看索引范圍的例子
這兩幅截圖，可以看出，由于沒有使用唯一索引作為檢索條件，導致不光鎖定了索引記錄，還鎖定了索引之間的間隙，應該是是使用了next-key鎖。
參考?https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-storage-engine.html
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https://www.linuxidc.com/Linux/2018-01/150610.htm
總結
以上是生活随笔為你收集整理的MySQL事务隔离级别的实现原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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