08 | 事务到底是隔离的还是不隔离的?

2023年 8月 28日 26.3k 0

事务获取到行锁时,读到的数据是什么?

事务A要更新一行,假设此时事务B拥有这一行的行锁,那么事务A会被锁住,进入等待状态,事务A等到自己获取到行锁时,读到的值是什么?

示例表:

mysql> CREATE TABLE `t` (
    `id` int(11) NOT NULL,
    `k` int(11) DEFAULT NULL,
     PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;
# 提前插入部分值
insert into t(id, k) values(1,1),(2,2);

此时有3个事务在执行:

image.png

关于事务的执行时机

第一种启动方式:使用begin/start tabsaction命令,并不是真实事务启动的起点,而是在执行到第一个操作innoDB表的语句,事务才真正启动。  

第二种启动方式:使用start transaction with consistent snapshot,可以马上启动一个事务。

上图的例子中,

  • 事务C没有显式使用begin/commit,表示这个update语句本身就是一个事务,语句完成时自动提交;
  • 事务B在执行了更新之后,然后执行查询;
  • 事务A在一个只读事务中进行查询。

MySQL中,有两个“视图”概念

1.一个是View,是一个用查询语句定义的虚拟表,在调用的时候执行查询语句,并生成结果。创建视图的语法是 create view,它的查询方法与表一样。

2.一个是InnoDB在实现MVCC时,用到的一致性读视图,即consistent read view,用于支持RC(Read Committed,读已提交)和RR(Repetable Read,可重复读)的隔离级别的实现。

“快照”在MVCC里是怎么工作的?

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。

而每行数据也都是有多个版本的。每次事务更新数据的时候,都会生成一个新的数据版本,并且把 transaction id 赋值给这个数据版本的事务 ID,记为 row trx_id。同时,旧的数据版本要保留,并且在新的数据版本中,能够有信息可以直接拿到它。

也就是说,数据表中的一行记录,其实可能有多个版本 (row),每个版本有自己的 rowtrx_id。

image.png

上图是同一行数据的4个版本,最新版本是V4,K的值是22,是被transaction id为25的事务更新,因此row trx_id也是25。
图中的箭头就是 undo log(回滚日志),而V1,V2,V3并不是物理上真实存在的,而是每次需要的时候通过当前版本和undo log计算出来的。如需要V2的时候,就是通过V4依次执行U3、U2算出来的。

InnoDB为每个事务构造了一个数组,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”是指启动了但是还未提交。
低水位:数组里事务Id的最小值。
高水位:当前系统里面已经创建过事务ID的最大值+1。

这个视图数组和高水位,组成了当前事务的一致性视图(read-view)。
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。

image.png

对于当前事务启动的瞬间来说,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:这个版本是已提交事务或者是当前事务自行生成,可见。
  • 如果落在红色部分:这个版本由将来启动的事务生成,不可见。
  • 如果落在黄色部分:包含两种情况:1.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。 2.若row trx_id不在数组中,表示这个版本是应提交的事务生成的,可见。

对于下图中的数据来说,如果有一个事务A,它的低水位是18,那么访问这一行数据时,V4通过U3计算出V3,所以在事务A看来这一行的值是11.

image.png

InnoDB利用了“所有数据都有多个版本”这个特性,实现了“秒级创建快照”的能力。

回头分析文章开头的三个事务执行流程:

image.png
示例数据:

mysql> CREATE TABLE `t` (
    `id` int(11) NOT NULL,
    `k` int(11) DEFAULT NULL,
     PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;
# 提前插入部分值
insert into t(id, k) values(1,1),(2,2);

为什么事务A的语句返回的结果,是K=1?

做如下假设:
1.事务A开始前,系统里只有一个活跃事务,ID是99。
2.事务A、B、C的版本号分别是100、101、102,且当前系统里只有这4个事务;
3.3个事务开始前,(1,1)这一行数据的row trx_id是90。

这样,事务A的视图数组就是[99,100],
事务B的视图数组是[99,100,101],
事务C的视图数组是[99,100,101,102]

排除干扰,这里只关注事务A查询过程中的操作:

image.png

事务A查询过程中,第一个有效的事务是事务C,事务C将数据(1,1)改成(1,2),此时,这行数据最新版本的row trx_id是102,而90这个版本已经成为历史版本。
第二个有效更新事务是事务B,把数据从(1,2)改成了(1,3)。此时,这个数据的最新版本(即 row trx_id)是101,而102又成为了历史版本。
但是事务A查询的时候,其实事务B还没提交,但是事务B已经执行了"set k= k+1",即事务B生成的(1,3)这个版本已经成为当前版本,但是这个版本对事务A不可见,否则就脏读了。

事务A要来读数据了,它的视图数组是[99,100],读数据都是从当前版本开始读的,所以事务A查询语句的读数据流程如下:
1.找到(1,3)的时候,判断出 row trx_id = 101,比高水位大,处于红色区域,不可见。
2.接着找到上一个历史版本,row trx_id = 102,比高水位大,处于红色区域,不可见。
3.再往前找,找到了(1,1),它的row trx_id=90,比低水位小,处于绿色区域,可见。

这样执行下来,虽然事务A执行期间这一行数据被事务C,事务B依次修改过,但是事务A不论在什么时候查询,看到这行数据的结果都是一致的,所以称之为 一致性读。

一个数据版本,对于一个事务视图来说,除了自己的更新总是可见意外,有3种情况:

  • 版本未提交,不可见。
  • 版本已提交,但是在视图创建后提交,不可见。
  • 版本已提交,并且是在视图创建前提交的,可见。

更细逻辑

疑问:事务B的update语句,如果按照一致性读,结果不对吧?
事务B的视图数组是先生成的,之后事务C才提交,实际执行是读取到了(1,2),然后修改为(1,3)。

image.png

事务获取到行锁时,读到的数据是什么?

事务A要更新一行,假设此时事务B拥有这一行的行锁,那么事务A会被锁住,进入等待状态,事务A等到自己获取到行锁时,读到的值是什么?

示例表:

mysql> CREATE TABLE `t` (
    `id` int(11) NOT NULL,
    `k` int(11) DEFAULT NULL,
     PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;
# 提前插入部分值
insert into t(id, k) values(1,1),(2,2);

此时有3个事务在执行:

image.png

关于事务的执行时机

第一种启动方式:使用begin/start tabsaction命令,并不是真实事务启动的起点,而是在执行到第一个操作innoDB表的语句,事务才真正启动。  

第二种启动方式:使用start transaction with consistent snapshot,可以马上启动一个事务。

上图的例子中,

  • 事务C没有显式使用begin/commit,表示这个update语句本身就是一个事务,语句完成时自动提交;
  • 事务B在执行了更新之后,然后执行查询;
  • 事务A在一个只读事务中进行查询。

MySQL中,有两个“视图”概念

1.一个是View,是一个用查询语句定义的虚拟表,在调用的时候执行查询语句,并生成结果。创建视图的语法是 create view,它的查询方法与表一样。

2.一个是InnoDB在实现MVCC时,用到的一致性读视图,即consistent read view,用于支持RC(Read Committed,读已提交)和RR(Repetable Read,可重复读)的隔离级别的实现。

“快照”在MVCC里是怎么工作的?

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。

而每行数据也都是有多个版本的。每次事务更新数据的时候,都会生成一个新的数据版本,并且把 transaction id 赋值给这个数据版本的事务 ID,记为 row trx_id。同时,旧的数据版本要保留,并且在新的数据版本中,能够有信息可以直接拿到它。

也就是说,数据表中的一行记录,其实可能有多个版本 (row),每个版本有自己的 rowtrx_id。

image.png

上图是同一行数据的4个版本,最新版本是V4,K的值是22,是被transaction id为25的事务更新,因此row trx_id也是25。
图中的箭头就是 undo log(回滚日志),而V1,V2,V3并不是物理上真实存在的,而是每次需要的时候通过当前版本和undo log计算出来的。如需要V2的时候,就是通过V4依次执行U3、U2算出来的。

InnoDB为每个事务构造了一个数组,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”是指启动了但是还未提交。
低水位:数组里事务Id的最小值。
高水位:当前系统里面已经创建过事务ID的最大值+1。

这个视图数组和高水位,组成了当前事务的一致性视图(read-view)。
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。

image.png

对于当前事务启动的瞬间来说,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:这个版本是已提交事务或者是当前事务自行生成,可见。
  • 如果落在红色部分:这个版本由将来启动的事务生成,不可见。
  • 如果落在黄色部分:包含两种情况:1.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。 2.若row trx_id不在数组中,表示这个版本是应提交的事务生成的,可见。

对于下图中的数据来说,如果有一个事务A,它的低水位是18,那么访问这一行数据时,V4通过U3计算出V3,所以在事务A看来这一行的值是11.

image.png

InnoDB利用了“所有数据都有多个版本”这个特性,实现了“秒级创建快照”的能力。

回头分析文章开头的三个事务执行流程:

image.png
示例数据:

mysql> CREATE TABLE `t` (
    `id` int(11) NOT NULL,
    `k` int(11) DEFAULT NULL,
     PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;
# 提前插入部分值
insert into t(id, k) values(1,1),(2,2);

为什么事务A的语句返回的结果,是K=1?

做如下假设:
1.事务A开始前,系统里只有一个活跃事务,ID是99。
2.事务A、B、C的版本号分别是100、101、102,且当前系统里只有这4个事务;
3.3个事务开始前,(1,1)这一行数据的row trx_id是90。

这样,事务A的视图数组就是[99,100],
事务B的视图数组是[99,100,101],
事务C的视图数组是[99,100,101,102]

排除干扰,这里只关注事务A查询过程中的操作:

image.png

事务A查询过程中,第一个有效的事务是事务C,事务C将数据(1,1)改成(1,2),此时,这行数据最新版本的row trx_id是102,而90这个版本已经成为历史版本。
第二个有效更新事务是事务B,把数据从(1,2)改成了(1,3)。此时,这个数据的最新版本(即 row trx_id)是101,而102又成为了历史版本。
但是事务A查询的时候,其实事务B还没提交,但是事务B已经执行了"set k= k+1",即事务B生成的(1,3)这个版本已经成为当前版本,但是这个版本对事务A不可见,否则就脏读了。

事务A要来读数据了,它的视图数组是[99,100],读数据都是从当前版本开始读的,所以事务A查询语句的读数据流程如下:
1.找到(1,3)的时候,判断出 row trx_id = 101,比高水位大,处于红色区域,不可见。
2.接着找到上一个历史版本,row trx_id = 102,比高水位大,处于红色区域,不可见。
3.再往前找,找到了(1,1),它的row trx_id=90,比低水位小,处于绿色区域,可见。

这样执行下来,虽然事务A执行期间这一行数据被事务C,事务B依次修改过,但是事务A不论在什么时候查询,看到这行数据的结果都是一致的,所以称之为 一致性读。

一个数据版本,对于一个事务视图来说,除了自己的更新总是可见以外,有3种情况:

  • 情况1:版本未提交,不可见。
  • 情况2:版本已提交,但是在视图创建后提交,不可见。
  • 情况3:版本已提交,并且是在视图创建前提交的,可见。

更细逻辑

疑问:事务B的update语句,如果按照一致性读,结果不对吧?
事务B的视图数组是先生成的,之后事务C才提交,实际执行是读取到了(1,2),然后修改为(1,3)。

image.png

image.png

如果事务B在更新前有查询的话,那么查询k的返回值确实是1,但是要更新的数据时,不能再历史版本更新,否则事务C的更新会丢失,因此事务B是在(1,2)的基础上执行k = k+1操作的。

所以有这样一条规则:更新数据都是先读后写的,而这个读,只能读当前的值,称为“当前读”(current read)。

在更新的时候,事务B当前读拿到的数据是(1,2),更新后生成了新版本数据(1,3),而这个新版本的row trx_id是101,因此在执行事务B查询(get k) 的时候,事务B一看自己的版本是101,而最新数据的版本号也是101,因此读到的值是k=3。

注意:除了update语句外,select语句如果加锁,也会有当前读。

如果把事务 A 的查询语句 select * from t where id=1 修改一下,加上 lock in share mode 或 for update,也都可以读到版本号是 101 的数据,返回的 k 的值是 3。 下面这两个 select 语句,就是分别加了读锁(S 锁,共享锁)和写锁(X 锁,排他锁)。

mysql> select k from t where id=1 lock in share mode;

mysql> select k from t where id=1 for update;

如果事务C不是立马提交,而是变成了下面的事务C',会怎样?

image.png

根据“两阶段锁协议”,此时事务C'没有提交,即(1,2)这个版本上的写锁还没释放,而事务B是当前读,必须读最新版本,且必须加锁,因此就被锁住了,此时事务B必须等到事务C'释放这个锁,才能继续它的当前读。

image.png
这里即把 一致性读、当前读、行锁串起来了。

最初的问题:事务的可重复读如何实现?

可重复度的核心是一致性读(consistent read);而事务更新数据时,只能用当前读。如果当前记录的行锁被其他事务占用,就需要进度锁等待。

读已提交和可重复读的逻辑类似,主要区别如下:

  • 在可重复读的隔离级别下,只需要在事务开始的时候创建一致性视图,之后事务里其他查询都用这个一致性视图。
  • 在读已提交的隔离级别下,每一个语句执行前都会重新算出一个新的视图。

读已提交隔离级别下,状态图如下:

image.png

事务A的查询语句(get k)视图数组是在执行这个语句时创建的,时序上(1,2)、(1,3)的生成时间都在创建这个视图数组之前,但是在这个时刻事务B的(1,3)还没提交,属于情况1(版本未提交,不可见),而此时事务C的(1,2)已经提交了,属于情况3(版本已提交,并且是在视图创建前提交的,可见)。
所以此时事务A查询语句返回的是k=2;
事务B查询返回的是k=3。

小结

InnoDB 的行数据有多个版本,每个数据版本有自己的 row trx_id,每个事务或者语句有自己的一致性视图。普通查询语句是一致性读,一致性读会根据 row trx_id 和一致性视图确定数据版本的可见性。

  • 对于可重复读,查询只承认在事务启动前就已经提交完成的数据;
  • 对于读提交,查询只承认在语句启动前就已经提交完成的数据;

而当前读,总是读取已经提交完成的最新版本。

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