事务隔离级别与MVCC

一、事务隔离级别

事务隔离级别定义了一个事务与其他并发事务之间的隔离程度，它决定了一个事务对其他事务的可见性以及数据的一致性保证。常见的事务隔离级别有以下四种：

（一）读未提交（Read Uncommitted）

• 定义：允许事务读取其他事务尚未提交的数据。这是最低的隔离级别，存在脏读、不可重复读和幻读问题。
• 示例：事务A更新了一条记录，但尚未提交，此时事务B可以读取到事务A更新后但未提交的数据。如果事务A最终回滚，那么事务B读取到的数据就是无效的，这就是脏读。

（二）读已提交（Read Committed）

• 定义：只允许事务读取已经提交的数据，解决了脏读问题，但可能存在不可重复读和幻读。
• 示例：事务A在两次读取同一数据期间，事务B修改并提交了该数据，那么事务A两次读取到的结果可能不同，这就是不可重复读。

（三）可重复读（Repeatable Read）

• 定义：在一个事务内的多次读取操作，读取到的数据是一致的，解决了脏读和不可重复读问题，但可能存在幻读。
• 示例：事务A在查询符合某些条件的记录集合后，事务B插入了一条新记录符合该条件，事务A再次查询时会发现多了一条记录，好像出现了幻觉，这就是幻读。在MySQL的InnoDB存储引擎中，默认的事务隔离级别是可重复读，通过MVCC机制可以在一定程度上避免幻读。

（四）串行化（Serializable）

• 定义：最高的隔离级别，事务串行执行，避免了脏读、不可重复读和幻读问题，但并发性能最低。
• 示例：所有事务依次执行，就像排队一样，一个事务执行完后另一个事务才开始，这样虽然保证了数据的绝对一致性，但在高并发场景下，性能会受到很大影响。

二、MVCC（多版本并发控制）

（一）MVCC的概念

MVCC是一种用于处理数据库并发控制的技术，它通过维护数据的多个版本来实现高并发下的读操作和写操作的并发执行，从而提高数据库的并发性能，同时保证数据的一致性。MVCC使得读操作一般情况下不需要获取锁，从而避免了读操作和写操作之间的锁竞争，大大提高了并发性能。

（二）MVCC的实现原理

• 数据版本的维护：以MySQL的InnoDB存储引擎为例，InnoDB为每一行数据添加了三个隐藏列：事务ID（trx_id）、回滚指针（roll_pointer）和删除标记。事务ID用于标识对该行数据进行修改的事务，回滚指针指向该行数据的上一个版本，通过回滚指针可以构建出数据的版本链。
• 读操作的实现：当一个事务进行读操作时，它会根据事务隔离级别和当前事务的ID来确定应该读取哪个版本的数据。在可重复读隔离级别下，事务会在开始时记录一个系统版本号（read view），在整个事务执行过程中，所有的读操作都基于这个版本号来读取数据，确保在事务内看到的数据是一致的。如果数据的版本号小于或等于当前事务的版本号，并且该版本的数据没有被删除，则可以读取该版本的数据；否则，需要沿着版本链继续查找符合条件的版本。
• 写操作的实现：当一个事务进行写操作时，会为新插入或修改的数据生成一个新的版本，记录当前事务的ID，并更新回滚指针。如果是删除操作，则会设置删除标记，而不是真正地删除数据。

（三）MVCC与事务隔离级别的关系

• 读未提交：MVCC在此级别下基本不发挥作用，事务可以直接读取最新的数据版本，不管是否提交，可能会出现脏读。
• 读已提交：在每次读取数据时，MVCC会根据当前事务的版本号和数据的版本号来获取最新的已提交版本，避免了脏读，但由于每次读取都可能获取到不同的版本，所以可能会出现不可重复读。
• 可重复读：MVCC在可重复读隔离级别下，通过在事务开始时创建一个固定的版本视图，使得事务内的所有读操作都基于这个版本视图，保证了在事务内读取到的数据是一致的，解决了不可重复读问题，在InnoDB中还能在一定程度上避免幻读。
• 串行化：MVCC在串行化隔离级别下一般不发挥主要作用，因为事务是串行执行的，主要通过锁机制来保证数据的一致性。

总之，事务隔离级别规定了事务之间的隔离程度和数据一致性的保证级别，而MVCC是一种实现高并发下数据一致性的技术手段，它与事务隔离级别相互配合，在保证数据一致性的同时，提高了数据库的并发性能。