1 隔离性与隔离级别

提到事务，肯定会想到ACID（Atomicity、Consistency、Isolation、Durability，即原子性、一致性、隔离性、持久性），今天我们就来说说其中 I，也就是“隔离性”。

当数据库上有多个事务同时执行的时候，就可能出现脏读（dirty read）、不可重复读（non-repeatable read）、幻读（phantomread）的问题，为了解决这些问题，就有了“隔离级别”的概

念。

在谈隔离级别之前，首先要知道，你隔离得越严实，效率就会越低。因此很多时候，我们要在二者之间寻找一个平衡点。SQL的事务隔离级别包括：

读未提交（read uncommitted）读未提交是指，一个事务还没提交时，它做的变更就能被别的事务看到。读提交（read committed）读提交是指，一个事务提交之后，它做的变更才会被其他事务看到。可重复读（repeatable read）可重复读是指，一个事务执行过程中看到的数据，总是跟这个事务在启动时看到的数据是一致的。当然在可重复读隔离级别下，未提交变更对其他事务也是不可见的。串行化（serializable ）串行化，顾名思义是对于同一行记录，“写”会加“写锁”，“读”会加“读锁”。当出现读写锁冲突

的时候，后访问的事务必须等前一个事务执行完成，才能继续执行。

1.1 “读提交”和“可重复读”

假设数据表T中 只有一列，其中一行的值为1，下面是按照时间顺序执行两个事务的行为。

mysql> create table T(c int) engine=InnoDB; insert into T(c) values(1);

我们来看看在不同的隔离级别下，事务A会有哪些不同的返回结果，也就是图里面V1、V2、V3

的返回值分别是什么。

若隔离级别是“读未提交”， 则V1的值就是2。这时候事务B虽然还没有提交，但是结果已经被A看到了。因此，V2、V3也都是2。若隔离级别是“读提交”，则V1是1，V2的值是2。事务B的更新在提交后才能被A看到。所以，V3的值也是2。若隔离级别是“可重复读”，则V1、V2是1，V3是2。之所以V2还是1，遵循的就是这个要求：事务在执行期间看到的数据前后必须是一致的。若隔离级别是“串行化”，则在事务B执行“将1改成2”的时候，会被锁住。直到事务A提交后，事务B才可以继续执行。所以从A的角度看， V1、V2值是1，V3的值是2。

在实现上，数据库里面会创建一个视图，访问的时候以视图的逻辑结果为准。在“可重复读”隔离级别下，这个视图是在事务启动时创建的，整个事务存在期间都用这个视图。在“读提交”隔离级别下，这个视图是在每个SQL语句开始执行的时候创建的。这里需要注意的是，“读未提交”隔离级别下直接返回记录上的最新值，没有视图概念；而“串行化”隔离级别下直接用加锁的方式来避免并行访问。

2 事务隔离的实现

理解了事务的隔离级别，我们再来看看事务隔离具体是怎么实现的。这里我们展开说明“可重复

读”。

在MySQL中，实际上每条记录在更新的时候都会同时记录一条回滚操作。记录上的最新值，通过回滚操作，都可以得到前一个状态的值。

假设一个值从1被按顺序改成了2、3、4，在回滚日志里面就会有类似下面的记录。

当前值是4，但是在查询这条记录的时候，不同时刻启动的事务会有不同的read-view。如图中看到的，在视图A、B、C里面，这一个记录的值分别是1、2、4，同一条记录在系统中可以存在多个版本，就是数据库的多版本并发控制（MVCC）。

对于read-viewA，要得到1，就必须将当前值依次执行图中所有的回滚操作得到。同时你会发现，即使现在有另外一个事务正在将4改成5，这个事务跟read-viewA、B、C对应的事务是不会冲突的。

回滚日志总不能一直保留吧，什么时候删除呢？答案是，在不需要的时候才删除。也就是说，系统会判断，当没有事务再需要用到这些回滚日志时，回滚日志会被删除。什么时候才不需要了呢？就是当系统里没有比这个回滚日志更早地read-view的时候。

3 事务到底隔离还是不隔离

举一个例子，下面是一个只有两行的表的初始化语句。

mysql> CREATE TABLE `t` (   `id` int(11) NOT NULL,   `k` int(11) DEFAULT NULL,   PRIMARY KEY (`id`) ) ENGINE=InnoDB;insert into t(id, k) values(1,1),(2,2);

begin/start transaction 命令并不是一个事务的起点，在执行到它们之后的第一个操作InnoDB表 的语句，事务才真正启动。如果你想要马上启动一个事务，可以使用start transaction with consistent snapshot 这个命令。

在这个例子中，事务C没有显式地使用begin/commit，表示这个update语句本身就是一个事务，语句完成的时候会自动提交。事务B在更新了行之后查询; 事务A在一个只读事务中查询，并且时间顺序上是在事务B的查询之后。

这时，如果我告诉你事务B查到的k的值是3，而事务A查到的k的值是1，你是不是感觉有点晕呢？今天这篇文章，我其实就是想和你说明白这个问题，希望借由把这个疑惑解开的过程，能够帮助你对InnoDB的事务和锁有更进一步的理解。

在MySQL里，有两个“视图”的概念：

一个是view。它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…，而它的查询方法与表一样。另一个是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，读提交）和RR（Repeatable Read，可重复读）隔离级别的实现。 它没有物理结构，作用是事务执行期间用来定义“我能看到什么数据”。4 “快照”在MVCC里是怎么工作的？

在可重复读隔离级别下，事务在启动的时候就“拍了个快照”。注意，这个快照是基于整库的。 这时，你会说这看上去不太现实啊。如果一个库有100G，那么我启动一个事务，MySQL就要拷贝100G的数据出来，这个过程得多慢啊。可是，我平时的事务执行起来很快啊。

实际上，我们并不需要拷贝出这100G的数据。我们先来看看这个快照是怎么实现的：

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rowtrx_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。

如下图所示，就是一个记录被多个事务连续更新后的状态。

图中虚线框里是同一行数据的4个版本，当前最新版本是V4，k的值是22，它是被transaction id

为25的事务更新的，因此它的rowtrx_id也是25。

语句更新会生成undo log（回滚日志），上图中的三个虚线箭头，就是undo log；而V1、V2、V3并不是物理上真实存在的，而是每次需要的时候根据当前版本和undo log计算出来的。比如，需要V2的时候，就是通过V4依 次执行U3、U2算出来。

明白了多版本和rowtrx_id的概念后，我们再来想一下，InnoDB是怎么定义那个“100G”的快照的。

按照可重复读的定义，一个事务启动的时候，能够看到所有已经提交的事务结果。但是之后，这

个事务执行期间，其他事务的更新对它不可见。因此，一个事务只需要在启动的时候声明说，“以我启动的时刻为准，如果一个数据版本是在我启动之前生成的，就认；如果是我启动以后才生成的，我就不认，我必须要找到它的上一个版本”。当然，如果“上一个版本”也不可见，那就得继续往前找。还有，如果是这个事务自己更新的数据，它自己还是要认的。

在实现上， 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”指的就是，启动了但还没提交。 数组里面事务ID的最小值记为低水位，当前系统里面已经创建过的事务ID的最大值加1记为高水位。这个视图数组和高水位，就组成了当前事务的一致性视图（read-view）。 而数据版本的可见性规则，就是基于数据的rowtrx_id和这个一致性视图的对比结果得到的。 这个视图数组把所有的rowtrx_id 分成了几种不同的情况。

这样，对于当前事务的启动瞬间来说，一个数据版本的rowtrx_id，有以下几种可能：

如果落在绿色部分，表示这个版本是已提交的事务或者是当前事务自己生成的，这个数据是可见的；如果落在红色部分，表示这个版本是由将来启动的事务生成的，是肯定不可见的；如果落在黄色部分，那就包括两种情况若 rowtrx_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；若 rowtrx_id不在数组中，表示这个版本是已经提交了的事务生成的，可见。

我们再看这个图中的三个事务，分析下事务A的语句返回的结果，为什么是k=1。

这里，我们不妨做如下假设：

事务A开始前，系统里面只有一个活跃事务ID是99；事务A、B、C的版本号分别是100、101、102，且当前系统里只有这四个事务；三个事务开始前，(1,1）这一行数据的rowtrx_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]。

第一个有效更新是事务C，把数据从(1,1)改成了(1,2)。这时候，这个数据的最新版本的rowtrx_id是102，而90这个版本已经成为了历史版本。

第二个有效更新是事务B，把数据从(1,2)改成了(1,3)。这时候，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。

你可能注意到了，在事务A查询的时候，其实事务B还没有提交，但是它生成的(1,3)这个版本已

经变成当前版本了。但这个版本对事务A必须是不可见的，否则就变成脏读了。

对于一个事务视图来说，除了自己的更新总是可见以外，有三种情况：

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

疑问：事务B的update语句，如果按照一致性读，好像结果不对？

事务B的视图数组是先生成的，之后事务C才提交，不是应该看不见(1,2)吗，怎么算出(1,3)来？

如果事务B在更新之前查询一次数据，这个查询返回的k的值确实是1。但是，当它要去更新数据的时候，就不能再在历史版本上更新了，否则事务C的更新就丢失了。因此，事务B此时的set k=k+1是在（1,2）的基础上进行的操作。

所以，这里就用到了这样一条规则：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”。

因此，在更新的时候，当前读拿到的数据是(1,2)，更新后生成了新版本的数据(1,3)，这个新版本的rowtrx_id是101。所以，在执行事务B查询语句的时候，一看自己的版本号是101，最新数据的版本号也是101，是自己的更新，可以直接使用，所以查询得到的k的值是3。

这里我们提到了一个概念，叫作当前读。其实，除了update语句外，select语句如果加锁，也是

当前读。所以，如果把事务A的查询语句select *fromt 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; 

MVCC，多版本的并发控制，Multi-Version Concurrency Control。

使用版本来控制并发情况下的数据问题，在B事务开始修改账户且事务未提交时，当A事务需要读取账户余额时，此时会读取到B事务修改操作之前的账户余额的副本数据，但是如果A事务需要修改账户余额数据就必须要等待B事务提交事务。

MVCC使得数据库读不会对数据加锁，普通的SELECT请求不会加锁，提高了数据库的并发处理能力。借助MVCC，数据库可以实现READ COMMITTED，REPEATABLE READ等隔离级别，用户可以查看当前数据的前一个或者前几个历史版本，保证了ACID中的I特性（隔离性)。

5.2 InnoDB的MVCC实现逻辑

MVCC可以认为是行级锁的一个变种，它可以在很多情况下避免加锁操作，因此开销更低。MVCC的实现大都都实现了非阻塞的读操作，写操作也只锁定必要的行。InnoDB的MVCC实现，是通过保存数据在某个时间点的快照来实现的。一个事务，不管其执行多长时间，其内部看到的数据是一致的。也就是事务在执行的过程中不会相互影响。下面我们简述一下MVCC在InnoDB中的实现。

　　InnoDB的MVCC，通过在每行记录后面保存两个隐藏的列来实现：一个保存了行的创建时间，一个保存行的过期时间（删除时间），当然，这里的时间并不是时间戳，而是系统版本号，每开始一个新的事务，系统版本号就会递增。在RR隔离级别下，MVCC的操作如下：

select操作。InnoDB只查找版本早于（包含等于）当前事务版本的数据行。可以确保事务读取的行，要么是事务开始前就已存在，或者事务自身插入或修改的记录。行的删除版本要么未定义，要么大于当前事务版本号。可以确保事务读取的行，在事务开始之前未删除。insert操作。将新插入的行保存当前版本号为行版本号。delete操作。将删除的行保存当前版本号为删除标识。update操作。变为insert和delete操作的组合，insert的行保存当前版本号为行版本号，delete则保存当前版本号到原来的行作为删除标识。

附：MVCC 在mysql 中的实现依赖的是 undo log 与 read view 。