MySQL學習之事務與並行控制

事務

1. 概念

   一個事務可以理解為一組操作，這一組操作要麼全部執行，要麼全部不執行。

2. 特性

   1. 原子性

      一個事務是一個獨立的原子單元，一個事務內所有的操作，要麼全部執行，要麼全部不執行。關注的是一組操作的執行結果（全部成功or全部失敗）。是通過undo log實現的。

   2. 一致性

      看了網上很多部落格對一致性的講解，總覺得沒有說到點子上，我就從我的個人角度來說說對一致性的理解：

      一個事務使得資料庫從一個狀態A0，轉換到另一個狀態A1。相鄰的兩個狀態轉換之間，只能有一個事務起作用。如果當前狀態A0轉換到下一個狀態A1，之間包括了2個事務，則說明有一個事務的effect被覆蓋了。如事務並行問題中的丟失更新，典型的例子是轉賬問題，A向B轉賬，同時C也向B轉賬，最後會發現A或者C轉過去的錢不見了，這種例子隨便一搜就有，不贅述。用轉賬問題來解釋一致性，比較好理解，因為錢的總數應該是確定的，比如B本來有1000，A向B轉100，C向B轉200，那麼B賬戶上最後應該有1300，然而最終我們可能看到是1100或1200，因為有一個人的操作被覆蓋掉了。其實這也就是說，B賬戶的錢，從一個狀態，到另一個狀態，中間有2個事務起了effect，這樣是不對的。事務具有隔離性，資料庫的每一個狀態，應該都有且僅有一個與之對應的事務在take effect。

   3. 隔離性

      不同的事務之間，應該是不能互相影響的。

      4種隔離級別

      1. Read Uncommit
      2. Read Commit
      3. Repetable Read
      4. Serializable

      RU相當於沒有隔離，RC和RR是用MVCC實現（具體是通過undo log 和 read view），Serializable是用鎖實現，事務序列執行。

      檢視當前的隔離級別

select @@tx_isolation;
-- mysql 8的變數名變為如下的形式
select @@transaction_isolation;

-- 設定隔離級別
set transacation_isolation = '隔離級別名'

資料庫隔離級別是一種需求，不同的隔離級別有對應的實現方式。

1. 永續性

   事務執行成功後（提交後），對資料庫的更改是永久性的（即寫到磁碟）。是通過redo log + Force Log at Commit機制實現的

2. 事務並行問題

   1. 丟失更新

      1. 第一類丟失更新

         針對同一行資料，事務A先開始，事務B後開始，事務B提交，隨後事務A回滾，則回滾會導致將事務B已提交的修改給覆蓋掉。這個問題在現在的資料庫軟體中已不會產生

      2. 第二類丟失更新

         針對同一行資料，事務A先開始，事務B後開始，事務A提交，隨後事務B提交，則事務B將事務A的修改給覆蓋掉了

   2. 髒讀

      事務A讀到了事務B未提交的資料，事務B後回滾，則事務A讀到的是髒資料

   3. 不可重複讀

      事務A連續2次讀一行記錄，讀取到的是不一樣的。這是由於A連續2次讀的中間，事務B對這行記錄做了更新。

   4. 幻讀

      表現為兩次讀取的資料數量不一致，發現變多了，或者變少了。

      比如我讀取age > 10 的學生資料，第一次讀發現有10個學生，第二次讀發現有20個學生，就好像出現了幻覺一樣，同樣的查詢條件，兩次讀取發現有學生增加或減少。

3. 事務命令

   MySQL命令列下預設是autocommit的，即事務會自動提交。要顯示開啟一個事務，需使用命令BEGIN或START TRANSACTION

   • BEGIN 或 START TRANSACTION 開啟事務
   • COMMIT 提交事務
   • ROLLBACK 回滾事務

並行控制

兩種並行控制策略

1. MVCC

   Multi-Version Concurrency Control

   核心理念是快照，InnoDB主要通過undo log 和 read view來實現MVCC。

   **讀不加鎖，讀寫不互斥。**讀會從多個版本的資料中挑選一個合適的版本返回。寫操作會產生一個新的版本。

   每一行的記錄，會包含3個隱藏欄位：row_id，tx_id，roll_ptr

   其中tx_id表示最近操作該行記錄的事務id，roll_ptr則是回滾指標，指向一條undo log記錄，即指向該次改動之前的資料

undo log

• insert undo log

  由insert操作產生，可在事務提交後直接刪除。因為insert操作只對當前事務本身可見，其他事務不可見

• update undo log

  由update/delete產生。是對已有記錄的修改，為了提供MVCC機制，該undo log不能在事務提交後就刪除，而需要等待purge執行緒來進行最後的刪除

  使用update修改當前行時，首先用X鎖鎖定，然後將該行當前值複製到undo log，然後再執行修改，最後填寫事務id，並使回滾指標指向undo log中修改前的行

read view

用於判斷資料可見性的一個資料結構，裡面儲存了

• 當前活躍事務的最小id：min_id
• 當前活躍事務的最大id：max_id
• 當前活躍事務id list：ids

若讀取到的某一行的某個版本tx_id < min_id，則說明此行的該版本在本次事務開啟之前就已經提交，故這個資料對本次事務可見。

若讀取到的某一行的某個版本tx_id >= max_id，說明此行的該版本在本次事務開啟之後才開始進行修改，故這個資料對本次事務不可見。

若讀取到的某一行的某個版本tx_id在min_id和max_id之間，則判斷此行的tx_id是否在ids內，若是，表明此行的事務還在活躍中，此行資料不可見，否則，說明此行的事務已經提交，此行資料可見

簡單來說，若在某一時刻開啟了一個事務A，則會記錄下事務A開啟時，還活躍著的其他事務（記下這些活躍事務的id，儲存為一個set，比如叫ids），這些事務按照開始的時間先後，會有從小到大的事務id（tx_id），tx_id小的事務，說明是先開啟的，tx_id大的事務，說明是後開啟的。若在事務A中，讀取到某一行資料，這一行資料的tx_id小於ids中最小的id（min_id），說明這一行資料對應的事務，已提交過了（已不活躍了），這一行資料的修改已經持久化，故該行資料對事務A來說是可見的。若這一行資料的tx_id大於或等於ids中的最大id，說明有一個事務，在事務A開始之後，才開始對這一行資料進行修改，故該行資料對事務A不可見。若這一行資料的tx_id，在min_id和max_id之間，那麼就判斷這個tx_id是不是在ids中，即對這行資料進行修改的那個事務，還在不在活躍的事務列表中，若在，說明修改這行資料的事務還沒提交，這行資料還沒持久化，故不可見，反之，說明這行資料的修改已經持久化，故可見。

RC隔離級別下，在一個事務中，每次讀取資料都會新建一個ReadView。所以可能會產生不可重複讀的問題，因為在兩次讀之間，有其他事務對資料進行了修改，而兩次讀時都新建了ReadView，故第二次讀的時候，修改後的資料是可見的。

RR隔離級別下，在一個事務中，第一次讀取時會新建一個ReadView，後序讀取都使用這個ReadView。所以哪怕在兩次讀之間，有其他事務修改了資料，也不會產生不可重複讀的問題。因為第二次讀，並沒有新建ReadView，而是使用了一開始建立的那個ReadView，所以資料可見性和第一次是一樣的。

MVCC中，讀操作分為兩類：快照讀，當前讀

• 快照讀（一致性非鎖定讀）
  讀取的時記錄的可見版本（可能是歷史版本），不加鎖。
  當某一行被一個事務A加了X鎖時，另一個事務B仍然可以讀取該行，只不過讀取的是歷史版本。

-- 簡單select
SELECT * FROM product;

• 當前讀

讀取的是記錄的最新版本，當前讀返回的記錄，會加鎖，保證了其他並行事務不能修改當前記錄

SELECT * FROM product lock in share mode;
SELECT * FROM product for update;
insert ....
update ....
delete ....

LBCC

2. LCC

   Lock-Based Concurrency Control

   讀加讀鎖，寫加寫鎖。讀讀不互斥，讀寫，寫寫互斥。Serilizable的隔離級別是通過LBCC實現的

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