详解mysql事务，事务并发安全问题的复现以及大事务的优化

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文章目录

  • 1. 事务定义
  • 2. 事务特性（ACID）
  • 3. 事务并发问题
  • 4. 事务隔离级别
  • 5. 基础命令
  • 6. 脏读复现
  • 7. 不可重复读复现
  • 8. 幻读复现
    • 8.1 幻读疑问
    • 8.2 MVCC
    • 8.3 快照读
    • 8.4 当前读
    • 8.5 幻读再次复现
  • 9. 大事务问题
  • 总结

在这里插入图片描述

1. 事务定义

MySQL事务是指一系列数据库操作（例如INSERT、UPDATE、DELETE等）被作为一个单独的执行单元来执行的过程。事务可以确保数据库在并发环境下的数据一致性和完整性，并支持原子性、一致性、隔离性和持久性的特性（也称为ACID特性）。

2. 事务特性（ACID）

  1. 原子性（Atomicity）：事务是一个原子操作单元，要么全部执行成功，要么全部失败回滚。如果事务中的任何一个操作失败，则整个事务将被回滚到初始状态。

  2. 一致性（Consistency）：事务在执行之前和执行之后，数据库的状态必须保持一致。这意味着事务将从一个一致的状态转换到另一个一致的状态，确保数据的完整性。

  3. 隔离性（Isolation）：每个事务的执行都应该与其他事务相互隔离，使它们彼此独立。事务的隔离性确保并发执行的事务不会相互干扰，从而防止数据损坏或不一致。

  4. 持久性（Durability）：一旦事务提交成功，其所做的更改将永久保存在数据库中，即使在系统故障或重启后也能够恢复。持久性确保事务的结果能够长期存储，以便供后续读取和使用。

3. 事务并发问题

两个事务都是读操作不会有并发问题，只有在读写或者写写场景下，就有并发问题了，后面会通过实战复现一下四种问题。

  1. 脏读：在读读场景下，一个事务读取了另一个未提交（或已回滚）事务的数据。如果读取到的数据最终不会被提交，那么本次读取就是脏读。

  2. 不可重复读：在读写（update）场景下，同一个事务内，多次读取同一行数据时，得到了不同的结果。这是由于其他事务在读取期间修改了数据造成的。

  3. 幻读：在读写（insert）场景下，一个事务读到另一个事务已提交的新插入的数据。其实这样的说法并不准确，严谨来说是在repeatable read隔离级别下，只有在当前读的情况下，才会有幻读问题，在快照读的情况下，是没有幻读问题的。什么是当前读，什么是快照读，下文会结合实例一一讲解。

  4. 更新丢失：在写写（update）场景下，两个事务同时读取同一行数据，并且同时进行修改。由于事务隔离级别的不同或执行顺序的不同，其中一个事务的修改可能会覆盖另一个事务的修改，导致更新丢失。

4. 事务隔离级别

事务隔离级别是数据库管理系统（DBMS）提供的一种机制，用于控制并发事务之间的可见性和相互影响程度。MySQL 支持四种事务隔离级别：

  1. read uncommitted：未提交读
    ①最低的隔离级别。
    ②事务可以读取其他未提交事务的未提交数据。
    ③会导致脏读、不可重复读和幻读。
  2. read committed：已提交读
    ①事务只能读取已提交事务的数据，不能读取未提交事务的数据。
    ②解决了脏读问题，但导致不可重复读和幻读。
  3. repeatable read：可重复读，MySQL默认的隔离级别。
    ①事务在开始时读取一个快照，然后在事务结束之前都使用该快照。
    ②其他事务的插入和更新会在事务结束前被阻塞。
    ③解决了脏读和不可重复读的问题，但仍存在幻读现象，幻读这里画重点，后面会讲到。
  4. serializable：序列化
    ①最高的隔离级别。
    ②所有事务按顺序执行，不允许并发，所以不建议使用，否则MySQL没有一点并发能力了。
    ③提供了最强的隔离保证，完全防止脏读、不可重复读和幻读，但可能会导致性能下降，因为并发性受到限制。
事务隔离级别   		  脏读     不可重复读    幻读
read uncommitted:     否         否         否
read committed :      是         否         否
repeatable read:      是         是         否
serializable：        是         是         是

5. 基础命令

  1. 查看当前会话的事务隔离级别
SELECT @@tx_isolation;
  1. 设置当前会话的隔离级别
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;
  1. 开启一个事务
BEGIN;
  1. 提交一个事务
COMMIT;
  1. 回滚一个事务
ROLLBACK;

6. 脏读复现

将事务隔离级别设置为：read uncommitted

  1. 事务A：查询数据
-- 查看当前会话的事务隔离级别
select @@tx_isolation; 
-- 设置当前会话的隔离级别
set session transaction isolation level read uncommitted;
-- 开启事务
begin;  
select * from student;

查询结果：在这里插入图片描述

  1. 事务B：修改id=1的age为19，但不提交事务
-- 查看当前会话的事务隔离级别
select @@tx_isolation; 
-- 设置当前会话的隔离级别
set session transaction isolation level read uncommitted;
-- 开启事务
begin;  
update student set age = 28 where id = 1;
  1. 事务A：再次查询数据，id=1的数据age改为了19，发生了脏读
-- 查看当前会话的事务隔离级别
select @@tx_isolation; 
-- 设置当前会话的隔离级别
set session transaction isolation level read uncommitted;
-- 开启事务
begin;  
select * from student;

查询结果：在这里插入图片描述

  1. 解决方案：提升隔离级别为：read committed

7. 不可重复读复现

将事务隔离级别设置为：read committed，虽然解决了脏读，但是存在不可重复读

  1. 事务A：先查询数据
-- 查看当前会话的事务隔离级别
select @@tx_isolation; 
-- 设置当前会话的隔离级别
set session transaction isolation level read uncommitted;
-- 开启事务
begin;  
select * from student;

查询结果：在这里插入图片描述

  1. 事务B：修改id=1的age为19，并且提交事务
-- 查看当前会话的事务隔离级别
select @@tx_isolation; 
-- 设置当前会话的隔离级别
set session transaction isolation level read committed; 
-- 开启事务
begin;
update student set age = 19 where id = 1;
commit;
  1. 事务A：再次查询数据，发生了不可重复读
select @@tx_isolation; #查看当前会话的事务隔离级别
set session transaction isolation level read committed; #设置当前会话的隔离级别
begin; #开启事务
select * from student #查询数据

查询结果：在这里插入图片描述

  1. 解决方案：提升事务隔离级别：repeatable read

8. 幻读复现

将事务隔离级别设置为：repeatable read，可以解决脏读和重复读

8.1 幻读疑问

  1. 事务A：先查询数据
-- 查看当前会话的事务隔离级别
select @@tx_isolation; 
-- 设置当前会话的隔离级别
set session transaction isolation level repeatable read;
-- 开启事务
begin;  
select * from student;

查询结果：在这里插入图片描述2. 事务B：插入一条数据，并提交事务

-- 查看当前会话的事务隔离级别
select @@tx_isolation; 
-- 设置当前会话的隔离级别
set session transaction isolation level repeatable read; 
-- 开启事务
begin;
INSERT INTO student (id, name, age) VALUES(3, '刘备', 38);
commit;
  1. 事务A：再次查询数据，大家可能会疑问，并没有出现事务B插入的数据，没有发生预想的幻读现象，这是为什么呢？这里就涉及到几个概念
-- 查看当前会话的事务隔离级别
select @@tx_isolation; 
-- 设置当前会话的隔离级别
set session transaction isolation level repeatable read;
-- 开启事务
begin;  
select * from student;

在这里插入图片描述

8.2 MVCC

  1. MVCC（Multi-Version Concurrency Control）：多版本并发控制，是一种用于处理并发事务的数据库管理系统技术。
  2. MVCC通过在数据库中维护多个版本的数据来实现事务隔离，从而允许多个事务并发执行而不会发生冲突。
  3. 用来解决数据库的并发读写的应用场景问题（一个事务在读，一个事务在写，保证数据一致性），采用无锁的方式来解决，这个是最牛逼的。
  4. MVCC主要用于支持可重复读（Repeatable Read）隔离级别，并在许多现代数据库系统中得到广泛应用，包括MySQL和PostgreSQL。

8.3 快照读

快照读是MVCC的核心特性之一。

  1. 当事务启动时，它创建一个事务快照，以捕获数据库中的当前状态。
  2. 在整个事务期间，事务只能看到在其启动时存在的数据版本。
  3. 快照读适用于可重复读（Repeatable Read）隔离级别，它确保在整个事务期间数据保持一致性。
  4. 读取一致性：事务在其整个生命周期内都会看到一个一致的数据快照，无论其他事务是否在同时进行。
  5. 无锁读取，MVCC通常不需要使用显式锁来实现事务隔离，因为每个事务都有自己的数据快照，不需要锁定其他事务正在读取的数据。
  6. 所有的select查询语句在可重复读、读已提交的隔离级别下都是快照读。

8.4 当前读

  1. 当前读是一种更加实时的读取方式。
  2. 与快照读不同，当前读不使用已存在的快照，而是始终访问数据库的最新版本。
  3. 当前读适用于读取最新数据的需求，通常用于读取而不是写入操作。
  4. 但需要注意，当前读可能会与其他事务的写操作发生冲突，因此需要格外小心以避免并发问题。
  5. 除了select操作都会触发（update,delete,insert,select…lock in share mode,select…for update）都是当前读。lock in share mode是共享锁，for update是排他锁，相关mysql各种锁的问题，关注小编后续发布文章！

8.5 幻读再次复现

  1. 事务A：当前读查询数据
-- 查看当前会话的事务隔离级别
select @@tx_isolation; 
-- 设置当前会话的隔离级别
set session transaction isolation level repeatable read;
-- 开启事务
begin;  
select * from student for update;
  1. 事务B：插入一条数据
-- 查看当前会话的事务隔离级别
select @@tx_isolation; 
-- 设置当前会话的隔离级别
set session transaction isolation level repeatable read; 
-- 开启事务
begin;
INSERT INTO student (id, name, age) VALUES(3, '刘备', 38);
commit;
  1. 事务A：再次查询，来了来了它来了，幻读问题出现了！！！
-- 查看当前会话的事务隔离级别
select @@tx_isolation; 
-- 设置当前会话的隔离级别
set session transaction isolation level repeatable read;
-- 开启事务
begin;  
select * from student for update;

结果如下：在这里插入图片描述

9. 大事务问题

大事务问题通常涉及对数据库中大量数据进行处理的事务，这些事务可能导致性能下降、锁冲突或事务执行时间过长。

  1. 假设有一个下单的应用场景，每当用户提交订单时，系统会执行以下操作：
    ①创建一个新订单记录
    ②从用户购物车中删除已购买的商品
    ③更新商品库存。
    现在，假设有一天，你的网站举办了一个促销活动，吸引了大量用户同时下订单。这导致了大量的 “订单处理” 事务同时运行，每个事务都要对订单和库存进行操作。

  2. 大量订单处理事务同时运行可能会导致以下问题：
    ①锁冲突：多个事务同时尝试修改相同的订单或商品库存，导致锁定和等待。
    ②性能下降：大量的数据库操作可能导致数据库性能急剧下降。
    ③事务超时：事务执行时间过长，导致超时问题。
    解决目标就是，缩短事务执行时间，提高性能

  3. 解决方法：
    ①事务拆分：
    将大事务拆分成多个小事务，每个小事务只处理一个订单或一组相关订单。
    这可以减小每个事务的范围，减少锁冲突和提高并发性。
    ②使用乐观锁：
    使用乐观锁机制来处理商品库存更新。每个事务在更新库存之前检查库存是否足够，如果不够就回滚事务。
    这可以避免大规模的锁冲突。
    ③使用消息队列：
    将订单处理任务放入消息队列，然后由后台任务异步处理。
    这将减轻数据库的压力，并允许系统在非高峰时段处理订单。
    ⑤性能优化：
    优化数据库表结构和索引以提高查询性能。
    使用数据库缓存来减少重复查询。
    ⑥定期清理历史数据：
    定期清理订单和日志数据，以减少数据库负担。

总结

  1. 我们在实际项目中，一般都会使用mysql默认的隔离级别， repeatable read可重复读
  2. 可重复读解决了事务并发安全问题的脏读，不可重复读
  3. 当前读的幻读问题MySQL是怎么解决呢，其实MySQL是通过next-key lock 临键锁来避免幻读问题的，相关mysql各种锁的问题，关注小编后续发布文章！

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