解析MySQL事务隔离级别

事务隔离是分布式系统对一致性保证的重要机制，是保证ACID的重要基础设施。MySQL InnoDB事务隔离级别官方说明中对MySQL的事务隔离机制有详细介绍。

结合示例，本文对事务隔离级别相关术语进行解析。

MySQL四类事务隔离级别

事务隔离级别从高到低为：

• READ UNCOMMITTED：未提交读
  • 读取未提交内容，所有事务可看到其他未提交事务的结果，很少实际使用
  • 读取未提交的数据称为脏读（Dirty Read）
• READ COMMITTED：提交读
  • 多数数据库的默认隔离级别（MySQL默认不是，默认为REPEATABLE-READ）
  • 满足隔离的简单定义：一个事务只能看到已提交事务所做的改变
  • 这种隔离级别，支持所谓的不可重读（Non-repeatable Read），同一事务的其他实例在该实例过程中可能有新commit，所以同一个select可能返回不同结果（同一个事务如何做到其他实例？）
• REPEATABLE READ：重复读
  • 可重复读(MySQL默认事务隔离)，但可能出现幻读(Phantom Read)
  • 幻读(Phantom Read)：当用户读取某范围数据行时，另一事务在此范围内插入新行，当用户再次读取此范围数据行时，读取到新的幻影行
  • InnoDB通过多版本并发控制MVCC机制解决该问题
  • PS：新版MySQL采用Next-Key锁来解决幻读问题
• SERIALIZABLE：串行化
  • 最高隔离级别，强制事务排序（串行化），不会互相冲突
  • 每个读数据航增加共享锁
  • 此级别，可能导致大量超时现象和锁竞争

按事务隔离级别来说，级别越低数据一致性保障效果越差，而并发能力则越强。（一致性VS并发性是天然矛盾体）

脏读、不可重复读、幻读

上述四种隔离级别采用不同的锁实现，对应级别下可能发生问题：

• 脏读（Dirty Read）：某事务已更新一份数据，而另一个事务此时读取了同一份数据，某些原因前一个更新做了回滚Rollback操作，则后一个事务数据是不正确的（读到了脏的数据）
• 不可重复读（Non-repeatable read）：在一个事务的两次查询中数据不一致，可能是两次查询过程中另一个事务更新了数据。
• 幻读（Phantom Read）：一个事务的两次查询中数据不一致。例如一个事务查询数据，而另一个事务却插入新的数据，先前事务的查询中，发现一些数据是之前查询中没有的
  • 参考阅读：MySQL Phantom Rows
  • 幻读破坏了ACID中的隔离性：事务在执行过程中已读取数据不应该被改变

注意：根据ANSI SQL Standard在可重复读级别下允许出现幻读，MySQL实现满足标准，这不是Bug。但PostgreSQL在可重复读时不会出现幻读问题，这是不同引擎实现机制上的差异。
By default, InnoDB operates in REPEATABLE READ transaction isolation level. In this case, InnoDB uses next-key locks for searches and index scans, which prevents phantom rows (see Section 15.7.4, “Phantom Rows”). 缺省的，MySQL采用REPEATABLE READ事务隔离级别，采用Next-key锁机制来避免幻读问题

隔离级别	脏读	不可重读	幻读
读未提交(Read Uncommitted)	yes	yes	yes
读已提交(Read Committed)	no	yes	yes
可重复读(Repeatable Read)	no	no	yes
可串行化(Searializable)	no	no	no

注意：MySQL采用REPEATABLE READ事务隔离级别，通过Next-Key锁来解决幻读问题

示例1：脏读

-- 会话1
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL read uncommitted; -- 设置会话隔离级别为 未提交读
start transaction;
select * from xxx; -- 此时为空，事务未提交

-- 会话2
start transaction;
insert into xxx values(1); -- 未提交事务中，插入数据

-- 会话1
select * from xx; -- 读取到会话2中未提交数据，这被称为 脏读

脏读(Dirty Read)是对一致性有要求的情况下无法接受的，所有未提交读在实际应用场景中几乎很少使用。

示例2：不可重复读

-- 会话1中操作：
start transaction;
select * from xxx where id=1; -- 此时数据状态为a
-- 注意此会话中开启事务，未提交

-- 切换至会话2操作
update xxx set xxx=newValue where id=1; -- 更新数据至新的状态b

-- 再次切换至会话1操作
select * from xxx where id=1;
-- 此时查询出的数据状态就有两种选择：新状态b、老状态a
-- 所谓的连续读：同一个事务中的两次读操作，数据状态保持一致

结论：

• 在read committed事务隔离级别下，切换会话1后读取到新的状态b，因为会话2中事务已提交。
• 在repeatable read事务隔离级别下，切换会话1后仍读取原始状态a，这就是所谓的【可重复读】

操作顺序	会话1	会话2
1	start transaction;select * from xxx where id=1;
2		update xxx set xxx=newValue where id=1;
3	select * from xxx where id=1;
结果：read committed级别	newValue新状态数据（此时为不可重复读问题）
结果：repeatable read级别	原状态数据，满足重复读要求

示例3：幻读

-- 会话1
start transaction;
select * from xxx;
-- 此时查询表为空，且事务未提交

-- 会话2
start transaction;
insert into xxx values(1); -- 新增一条记录
commit;

-- 会话1
select * from xxx;
-- 此时查询表仍为空，表示满足[可重复读]特性

update xxx set age=99 where id=1; -- 更新会话2中插入记录(此时会话1并不可见)
Query OK, 1 row affected
Rows matched: 1  Changed: 1  Warnings: 0
-- 更新1条记录，隐约感觉不安
select * from xxx;
-- 再次读取时，竟然读取到内容(前一次读取时为空，2次读取时读取到内容)，出现`幻读`
commit;

操作顺序	会话1	会话2
1	start transaction;select * from xxx where id=1;–空表
2		insert into xxx values(1);
3	select * from xxx; – 新插入元素对会话1中查询不可见，满足可重复读
4	update xxx set age=99 where id=1;select * from xxx; – 新插入元素在会话1竟然可以被成功更新，再次读时读取到新内容，复现幻读问题
结果：repeatable read级别时	一个事务中，两次读操作，第二次读时发现了首次读时不存在的内容，这被称为幻读问题

附录：事务相关SQL命令

注：在MySQL 8.0中，事务相关变量名修改为transaction_isolation

• 设置自动提交

  -- 取消autocommit
  set autocommit=0
  show variables like "%autocommit%";

• 查看隔离级别

  -- 查看隔离级别
  
  SELECT @@global.tx_isolation;
  SELECT @@session.tx_isolation;
  SELECT @@tx_isolation;
  -- 三个角度的隔离：全局、会话、事务隔离
  
  show VARIABLES like "%iso%";
  
  +---------------+-----------------+
  | Variable_name | Value           |
  +---------------+-----------------+
  | tx_isolation  | REPEATABLE-READ |
  +---------------+-----------------+
  
  
  show global variables like '%iso%';
  +---------------+-----------------+
  | Variable_name | Value           |
  +---------------+-----------------+
  | tx_isolation  | REPEATABLE-READ |
  +---------------+-----------------+

• 设置事务隔离级别

  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;

• 事务操作

-- 事务中一次读操作
start transaction;
SELECT * FROM text.tx;
commit;
 
 -- 事务中回滚操作
start transaction;
SELECT * FROM text.tx;
update text.tx set num =10 where id = 1;
insert into text.tx(id,num) values(9,9);
rollback;
commit;

参考文献

• Read Committed Vs Repeatable Reads in MySQL?
• 淘宝：MySQL · 源码分析 · InnoDB Repeatable Read隔离级别之大不同
• MySQL 四种事务隔离级的说明-提供不可重复读、幻读的具体实例
• MySQL InnoDB Locking