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事务#xff08;Transaction#xff09;是指作为单个逻辑工作单元执行的一系列操作#xff0c;这些操作要么全部成功执行#xff0c;要么全部不执行#xff…数据库事务

事务特性

事务Transaction是指作为单个逻辑工作单元执行的一系列操作这些操作要么全部成功执行要么全部不执行不能出现部分执行的情况。

事务具有以下四个特性通常缩写为ACID

1、原子性Atomicity事务是一个不可分割的工作单位要么全部执行要么全部不执行。

如果事务中的任何一步操作失败整个事务都会被回滚Rollback回到操作之前的状态不会造成数据的损坏或不一致。

2、一致性Consistency事务在执行前后数据库从一个一致性状态转移到另一个一致性状态。

即使在事务执行过程中出现异常数据库也会通过回滚操作将数据恢复到一致性状态。

3、隔离性Isolation事务的执行不会受到其他事务的影响每个事务在执行过程中都应该感觉不到其他事务的存在。

即使多个事务同时操作同一数据也不会互相干扰。

隔离性能够防止并发事务导致的数据异常和不一致问题。

4、持久性Durability一旦事务被提交Commit其所做的修改将会永久保存在数据库中并且即使系统发生故障这些修改也不会丢失。

数据库系统会将事务的修改持久化到磁盘中以保证数据的持久性。

假设有一个银行系统用户

语句实现了转账操作的原子性。

如果在转账过程中发生了异常比如数据库连接断开或者用户

和用户

数据库事务的隔离级别定义了事务在并发执行时系统如何控制事务之间的交互即一个事务所做的更改在何时对其它事务可见。

不同的隔离级别可以在并发性和一致性之间提供不同程度的平衡。

SQL

标准定义了四种隔离级别每种级别都可以减少一种或多种并发问题但隔离级别越高性能可能会越低因为事务之间的并发能力减弱。

读未提交Read

定义最低的隔离级别允许事务读取尚未提交的数据变更可能会导致脏读、不可重复读和幻读。

问题脏读。

案例事务A修改了一条数据但尚未提交事务B在此时读取了这条未提交的数据。

如果A回滚B读到的数据就是错误的。

读已提交Read

定义允许事务读取并且仅读取已经提交的数据变更可以避免脏读但不可重复读和幻读仍可能发生。

问题不可重复读。

案例事务A读取了一条数据事务B更新了这条数据并提交当事务A再次读取同一数据时数据已经变更。

Read

定义确保如果一个事务读取了一条记录则在这个事务剩余的时间里无论其他事务如何更新都不会影响到这条记录的读取结果。

可以避免脏读和不可重复读但幻读仍可能发生。

问题幻读。

案例事务A读取了几行数据事务B插入了一行新数据并提交当事务A再次查询同一范围的数据时会看到之前未出现的新行。

串行化Serializable

定义最高的隔离级别通过强制事务串行执行避免脏读、不可重复读和幻读但并发性能最差。

问题性能问题。

案例事务A和事务B需要操作同一数据集B必须等待A完成并提交后才能开始执行从而保证了数据的一致性但大大降低了并发性能。

并发问题解释

Reads事务读取了另一个事务未提交的数据。

不可重复读Non-Repeatable

Reads事务在同一查询中多次读取同一数据集结果却不同因为其他事务在两次读取之间更新了数据。

幻读Phantom

Reads事务在重新执行针对某个范围的查询时发现其他事务插入了满足查询条件的新数据。

在选择隔离级别时需要在数据一致性和系统性能之间做出权衡。

高隔离级别能更好地保证数据的一致性但可能会降低系统的并发性能低隔离级别虽然并发性能较好但在数据一致性上可能存在缺陷。

MVCC

Control多版本并发控制是一种数据库事务并发控制的方法主要用于解决读-写冲突实现高并发访问数据库而不会出现数据不一致的情况。

MVCC通过在数据库中保存数据的不同版本来实现并发控制每个事务在执行时看到的数据版本都是一致的但不同事务之间可以并发执行而不会相互影响。

MVCC实现原理

MVCC的核心思想是为每个数据项维护多个版本并且每个事务只能看到适合自己版本的数据。

数据库中的每个数据项都会有一个版本号或者时间戳与之关联。

版本号可以是整数或者时间戳用于标识数据版本的顺序。

时间戳记录数据版本的生成时间通常精确到毫秒或更高精度。

版本链

数据库中的数据通常以行Row为单位存储每一行数据可能会有多个版本这些版本按照时间顺序形成一个版本链。

版本链可以用一个双向链表或者类似的数据结构来实现。

每个数据行的版本链包含了该数据行的所有版本按照时间顺序排列。

链表节点存储了数据的具体内容以及指向下一个版本的指针。

读操作实现

当一个事务要执行读操作时它会根据自己的事务ID或者时间戳确定要读取的数据版本然后遍历该数据行的版本链找到最接近但不超过事务版本的数据版本。

快照读Snapshot

Read事务读取数据时不会阻塞其他事务对同一数据的写操作而是读取数据版本链中对应版本的数据。

读取过程事务通过版本链中的版本号或者时间戳来定位数据确保读取到的数据是在该事务开始之前已经提交的。

写操作实现

当一个事务要执行写操作时它会为数据生成一个新版本并将新版本插入到数据行的版本链中。

通常会使用写时复制Copy-On-Write或者类似的机制来实现写操作。

生成新版本事务会生成一个新的版本号或者时间戳并将新版本写入到数据库中。

写时复制旧版本的数据不会立即被覆盖而是在新版本生成后才被修改这样可以保留旧版本的数据用于事务的隔离和回滚。

提交操作实现

当一个事务提交时它会释放对数据库的锁并清理与该事务相关的数据版本。

这通常包括将该事务生成的新版本标记为已提交并删除回滚段中与该事务相关的数据。

释放锁事务提交后其他事务可以访问该数据并且可以读取该事务生成的新版本。

清理数据删除回滚段中与该事务相关的数据确保数据库的存储空间得到有效利用。

事务隔离级别

MVCC可以实现不同的事务隔离级别包括读未提交、读已提交、可重复读和串行化。

不同的隔离级别决定了事务对数据的读取和写入行为从而影响了并发控制的实现方式。

隔离级别用于控制事务之间的相互影响程度包括读取到的数据版本以及事务的可见性等方面。

MVCC通过多版本控制和版本链来实现数据库的并发控制保证了事务之间的隔离性从而确保了数据的一致性和完整性。

MVCC是许多现代数据库系统的核心技术之一如MySQL、PostgreSQL等都采用了MVCC来实现事务的并发控制。

MVCC实现流程

当一个事务开始时数据库系统会为其分配一个唯一的事务ID或者时间戳并根据该事务ID或时间戳来执行读取和写入操作。

读操作流程

事务开始事务T开始时获取一个唯一的事务ID或时间戳。

确定读取版本根据事务T的隔离级别确定要读取的数据版本

如果隔离级别是读未提交则可以读取到其他未提交事务的数据。

如果隔离级别是读已提交或更高级别则只能读取已提交事务生成的数据版本。

读取数据根据确定的数据版本从数据库中读取数据。

通常是通过版本链中的版本号或时间戳来定位数据。

提交或回滚如果读取数据时发现该数据已被删除或不可见则根据事务的隔离级别决定是提交还是回滚该事务。

写操作流程

事务开始事务T开始时获取一个唯一的事务ID或时间戳。

生成新版本为要写入的数据生成一个新版本并将新版本插入到数据行的版本链中。

通常采用写时复制或类似的机制来实现。

写入数据将新版本的数据写入到数据库中。

此时其他事务仍然可以读取旧版本的数据保持了数据的一致性。

提交或回滚事务T完成所有写操作后根据事务的提交或回滚指令来决定是否将写入的数据版本提交或回滚。

如果提交事务则将新版本标记为已提交其他事务可以读取该版本。

如果回滚事务则删除新版本并保留旧版本的数据。

并发控制流程

读-写冲突检测当一个事务T1要读取数据时如果发现有其他事务T2正在对该数据进行写操作则需要进行冲突检测。

如果T2的写操作已提交则T1可以读取T2提交的新版本。

如果T2的写操作未提交则根据事务隔离级别决定是否允许T1读取T2的未提交数据。

写-写冲突检测当一个事务T1要对数据进行写操作时如果发现有其他事务T2正在对同一数据进行写操作则需要进行冲突检测。

如果T2的写操作已提交则T1需要等待T2完成后再进行写操作。

如果T2的写操作未提交则根据事务隔离级别决定是否允许T1覆盖T2的未提交数据。

事务隔离级别的控制根据事务的隔离级别决定事务对数据的读取和写入行为从而控制事务之间的相互影响程度。

并发度控制根据系统的并发度限制控制同时执行的事务数量避免系统过载和性能下降。

事务提交流程

提交指令当一个事务T完成所有操作后执行提交指令。

标记提交将事务T生成的新版本标记为已提交状态其他事务可以读取该版本。

释放锁释放事务T持有的锁资源其他事务可以对相应数据进行读写操作。

清理数据删除回滚段中与事务T相关的数据版本释放存储空间。

提交完成事务T提交完成其他事务可以读取其写入的数据版本。

MVCC通过以上流程实现了数据库的并发控制保证了事务之间的隔离性和数据的一致性。

MVCC案例说明

通过MVCC事务T2读取到了ID为1的用户信息时虽然T1已经对该数据进行了更新但T2读取到的是旧版本的数据这样就避免了T2读取到脏数据的情况。

总的来说MVCC通过版本控制实现了数据库的高并发访问保证了事务之间的隔离性从而确保了数据的一致性。