测试必看：MySQL事务隔离，轻松搞定并发问题

最新推荐文章于 2025-07-29 22:40:47 发布

软件测试君

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背景与意义

在数据库管理系统中，事务（Transaction）是确保数据一致性和完整性的基本单位，即保证一组数据库操作，要么全部成功，要么全部失败。

事务的ACID特性——原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）——为数据的可靠操作提供了保障。其中，事务的隔离性尤为重要，它确保了并发执行的事务之间互不干扰，从而避免了数据不一致的问题。

然而，在实际应用中，开发者常常会遇到“你改了我看不见”的现象，这实际上正是事务隔离机制在起作用。本文将深入探究MySQL事务隔离的底层实现原理，帮助读者理解这一现象的本质。

关键技术

01 锁机制

锁是实现事务隔离的重要手段之一。

MySQL 使用了多种类型的锁，包括共享锁（Shared Lock）和排他锁（Exclusive Lock）。

共享锁允许多个事务同时读取同一数据资源，而排他锁则在事务修改数据时使用，阻止其他事务对该数据的读写操作。

例如，在一个事务对某行数据执行 SELECT...FOR UPDATE 语句时，会获取该行数据的排他锁，确保在该事务完成修改并提交之前，其他事务不能对该行数据进行修改或读取不一致的数据。

尽管依赖锁机制保证了事务的隔离性，然而单纯的锁机制会降低数据库并发度，为此MySQL通常采用锁+MVCC的策略来保证隔离性与并发度。

02 多版本并发控制（MVCC）

MVCC 是 MySQL 实现事务隔离的核心技术之一。

它通过为每个数据行维护多个版本，使得不同事务在不同时间点看到不同版本的数据。在 MVCC 机制下，事务在读取数据时，根据自身的事务 ID 和数据行的创建版本号、删除版本号等来确定能够看到的数据版本。

这样，即使有其他事务正在修改数据，读取事务也能够读取到在其开始时刻之前已提交的数据版本，从而实现了一定程度的并发读取而不被阻塞，提高了数据库系统的并发性能。

原理介绍与解析

01 事务隔离级别及现象

1、读未提交（Read Uncommitted）：

这是最低的事务隔离级别，事务可以读取到其他未提交事务修改的数据。

这种级别下，并发性能最高，但数据的一致性和准确性难以保证，可能会出现脏读（Dirty Read）现象（下图所示，事务2在T5时刻读取到了事务1在T4时刻未提交的修改），即读取到了其他事务未提交的修改数据，而这些数据可能随后被回滚，导致读取到的数据是无效的。

2、读已提交（Read Committed）：

事务只能读取到已提交事务修改的数据。相比读未提交级别，它避免了脏读，但可能出现不可重复读（Non - Repeatable Read）问题。

在一个事务内多次读取同一数据行，可能由于其他事务在这期间提交了对该行数据的修改，导致每次读取到的数据不一致（下图中事务2在T2、T4时刻读取数据一致，在事务1提交后的T6时刻读取的数据和T2、T4时刻不一致）

3、可重复读（Repeatable Read）：

这是 MySQL 默认的事务隔离级别。在该级别下，事务在执行期间多次读取同一数据行时，会得到相同的数据，即使其他事务对该行数据进行了修改并提交。

这是通过 MVCC 机制实现的，事务开始时确定了其能够看到的数据版本范围，在事务执行期间不会受到其他事务提交的修改的影响。

然而，在可重复读级别下可能会出现幻读（Phantom Read）现象，即事务在执行过程中，按照某个查询条件多次查询数据，发现符合条件的数据行数不一致，这是由于其他事务插入或删除了符合条件的数据行。

4、可串行化（Serializable）：

最高的事务隔离级别，事务串行执行，完全避免了并发事务之间的相互影响，保证了数据的强一致性，但并发性能最差。

（下图中事务2查看数据时，事务1无法对数据进行修改；当事务2提交后，事务才能对数据进行修改）

02 MVCC 原理深入解析

在 MVCC 中，每个事务在开始时被分配一个唯一的事务 ID。

对于数据库中的每一行数据，除了存储实际的数据值外，还维护了创建版本号（creation_version）和删除版本号（deletion_version）。

当一个事务插入一行数据时，该行数据的创建版本号被设置为该事务的 ID。
当一个事务更新一行数据时，实际上是插入了一个新的版本，新数据行的创建版本号为当前事务的 ID，而原数据行的删除版本号被设置为当前事务的 ID，表示原数据行在该事务中被删除（逻辑删除）。
当一个事务删除一行数据时，该行数据的删除版本号被设置为当前事务的 ID。

在事务读取数据时，根据事务 ID 和数据行的创建版本号、删除版本号来判断是否可见。

如果数据行的创建版本号小于等于当前事务的 ID，并且删除版本号大于当前事务的 ID 或者未定义（表示数据行未被删除），则该数据行对当前事务可见。

通过这种方式，不同事务在不同时间点能够看到不同版本的数据，实现了事务隔离中的数据读取一致性。

底层实现的分析与探究

01 InnoDB 存储引擎中的事务隔离实现

InnoDB 是 MySQL 的默认存储引擎，其在事务隔离实现方面有着深入的设计。在 InnoDB 中，锁和 MVCC 机制紧密结合。

例如，在可重复读事务隔离级别下，事务在首次读取数据时，会根据 MVCC 机制确定能够看到的数据版本，并获取相应的共享锁（如果只是读取操作）。

如果事务需要对数据进行修改，则会将共享锁升级为排他锁。在事务执行过程中，InnoDB 通过维护一个事务 ID 列表和数据行的版本信息，来判断数据行对不同事务的可见性。

对于锁的管理，InnoDB 采用了多种锁算法，如记录锁（Record Lock）、间隙锁（Gap Lock）和邻键锁（Next - Key Lock）等。

记录锁锁定单个数据行，间隙锁锁定数据行之间的间隙，临键锁则是记录锁和间隙锁的组合，用于防止幻读现象。

在可重复读级别下，当事务执行范围查询（如 SELECT...WHERE...）时，InnoDB 会自动使用临键锁，锁定查询范围内的数据行以及相邻的间隙，确保在事务执行期间，其他事务插入符合查询条件的数据行时会被阻塞，从而避免幻读。

02 事务日志与事务隔离

事务日志在 MySQL 事务隔离实现中也起着重要作用。InnoDB 使用重做日志（Redo Log）和 undo 日志。重做日志用于在数据库发生故障时恢复已提交事务对数据的修改，确保数据的持久性。

undo 日志则用于事务回滚操作，记录了事务修改数据前的原始值。在事务隔离的底层实现中，通过 undo 日志可以获取数据行的历史版本信息，以便在事务读取数据时提供正确的数据版本。

具体逻辑为：unlog通过事务ID标识DB_TRX_ID、数据回滚指针DB_ROLL_PTR、数据行标识DB_ROW_ID三个隐藏字段来实现历史版本信息的记录。如下图所示。

首先事务1在t时刻插入了一条数据，该修改行会维护相关的插入数据信息及隐藏字段信息；
之后事务2在t2时刻（t2>t1)修改更新了同一行数据，此时在undolog日志中会保留这行数据的历史版本，最新版本的DB_ROLL_PTR字段指向这行数据的历史版本；
之后事务3在t3时刻（t3>t2)对同一行数据又做了更新修改，同理将事务2修改的版本存入undolog，同时最新版本的数据行中隐藏字段DB_ROLL_PTR指向事务2修改后的版本。

这样事务修改得到所有的版本通过隐藏字段DB_ROLL_PTR连接形成一个版本链，历史版本记录在undolog中，头节点始终为最新的版本信息。通过控制不同事务读取不同的版本即可实现部分隔离级别。

03 MVCC 原理深入解析

ReadView（读视图）是快照读 SQL执行时MVCC提取数据的依据，记录并维护系统当前活跃的事务（未提交的）ID，MVCC在undolog中记录的数据的历史版本信息，通过控制事务读取不同的读视图即能实现隔离级别的控制。

在 MVCC 中，每个事务在开始时被分配一个唯一的事务 ID。对于数据库中的每一行数据，除了存储实际的数据值外，还维护了创建版本号（creation_version）和删除版本号（deletion_version）。

当一个事务插入一行数据时，该行数据的创建版本号被设置为该事务的 ID。
当一个事务更新一行数据时，实际上是插入了一个新的版本，新数据行的创建版本号为当前事务的 ID，而原数据行的删除版本号被设置为当前事务的 ID，表示原数据行在该事务中被删除（逻辑删除）。
当一个事务删除一行数据时，该行数据的删除版本号被设置为当前事务的 ID。

在事务读取数据时，根据事务 ID 和数据行的创建版本号、删除版本号来判断是否可见。如果数据行的创建版本号小于等于当前事务的 ID，并且删除版本号大于当前事务的 ID 或者未定义（表示数据行未被删除），则该数据行对当前事务可见。

通过这种方式，不同事务在不同时间点能够看到不同版本的数据，实现了事务隔离中的数据读取一致性。事务的不同隔离级别也正是通过MVCC机制与锁赖共同实现的，具体而言不同隔离级别的实现逻辑如下：