數據庫事務隔離的級別

本篇內容介紹了“數據庫事務隔離的級別”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

1 概述與背景

這是數據庫事務原理和工程實踐系列文章的第一篇，本文主要在Jim Gray的論文<A Critique of ANSI SQL Isolation Levels>基礎上分析關系數據庫的事務隔離級別標準和不同隔離級別情況下的行為。第2節主要討論ANSI標準的下的隔離級別，第3節主要討論基于悲觀鎖實現的事務隔離級別，第4節主要討論基于多版本技術的事務隔離，最后總結排序本文討論到的各個隔離級別。

ACID是關系數據庫的一組重要特性，其中Isolation（隔離性）描述了數據庫允許多個并發事務同時對其數據進行讀寫和修改的能力，隔離性可以防止多個事務并發時由于交錯執行而導致數據的不一致。在最極端的情況下，數據庫完全串行化執行每一個事務，所有事務之間遵守全序關系，在這種情況下，不存在并發事務間的隔離問題，但是在實際工程實踐中，處于對數據庫性能吞吐量的考慮，允許多個事務之間按照一定的規則，打破串行話的全序關系，ANSI SQL Isolation Levels即規定了這種“規則”，通過將隔離性劃分為4個級別，來換取多層級的事務間并發能力（即數據庫的吞吐能力）。

注，本文內容融入了作者個人的理解，并沒有嚴格遵守<A Critique of ANSI SQL Isolation Levels>原文的內容；其中cursor stability隔離級別將在后續文章中討論，快照隔離級別與ANSI標準異象的比較也有所不同。

2 ANSI事務隔離級別

ANSI SQL-92標準(http://www.contrib.andrew.cmu.edu/~shadow/sql/sql1992.txt)將數據庫并發事務間的隔離性行為劃分為3種"異象(phenomena)"，從低到高的自然語言定義依次為：

1. P1 臟讀 ("Dirty read"): SQL-transaction T1 modifies a row. SQL- transaction T2 then reads that row before T1 performs a COMMIT. If T1 then performs a ROLLBACK, T2 will have read a row that was never committed and that may thus be considered to have never existed. 
   

2. P2 不可重復讀 ("Non-repeatable read"): SQL-transaction T1 reads a row. SQL- transaction T2 then modifies or deletes that row and performs a COMMIT. If T1 then attempts to reread the row, it may receive the modified value or discover that the row has been deleted. 
   

3. P3 幻讀 ("Phantom"): SQL-transaction T1 reads the set of rows N that satisfy some <search condition>. SQL-transaction T2 then executes SQL-statements that generate one or more rows that satisfy the <search condition> used by SQL-transaction T1. If SQL-transaction T1 then repeats the initial read with the same <search condition>, it obtains a different collection of rows.
   

通過依次禁止這三種異象，ANSI確定了4種標準隔離級別，如下表所示：

如標準文檔所述，禁止了P1/P2/P3異象的事務即滿足Serializable級別，但矛盾的是，標準文檔中對Serializable又做了如下說明：

它要求多個并發事務執行的效果與某種串行化執行的效果一致，但是僅僅禁止P1/P2/P3異象，并不一定能夠保證“serial execution”的效果，因此論文中將ANSI Serializable稱為Anomaly Serializable。

P1/P2/P3的形式化描述

根據標準文檔的定義，可以將這三種異象使用形式化語言描述如下，稱為A1/A2/A3（其中w1[x]表示事務1寫入記錄x，r1表示事務1讀取記錄x，c1表示事務1提交，a1表示事務1回滾，r1[P]表示事務1按照謂詞P的條件讀取若干條記錄，w1[y in P]表示事務1寫入記錄y滿足謂詞P的條件）：

• A1 臟讀：w1[x] ... r2[x] ... (a1 and c2 in any order)
  

• A2 不可重復讀：r1[x] ... w2[x] ... c2 ... r1[x] ... c1
  

• A3 幻讀：r1[P] ... w2[y in P] ... c2 ... r1[P] ... c1
  

上述A1/A2/A3形式化描述，根據標準定義的P1/P2/P3異象的自然語言描述轉化而來，但是ANSI標準定義的異象只針對了單個記錄或謂詞描述，對于多條記錄需滿足業務一致性的場景并未能覆蓋（比如兩個賬戶間轉賬要求余額總和不變），舉例如下：

• H1：r1[x=50]w1[x=10] r2[x=10]r2[y=50] c2 r1[y=50]w1[y=90] c1
  

• 事務1執行賬戶x向賬戶y轉賬40，事務2讀取到了進行到了一半的事務1（Read Uncommitted），破壞了余額總和的一致性

• 因為事務1并未回滾，H1的行為并不符合A1的形式化定義

• H2：r1[x=50]
  

  Read Lock	Write Lock
  Locking Read Uncommited	none required	Well-formed Writes, Long duration Write locks
  Locking Read Commited	Well-formed Reads, Short duration read lock	Well-formed Writes, Long duration Write locks
  Locking Repeatable Read	Well-formed Reads, Long duration data-item Read locks, Short duration Read Predicate locks	Well-formed Writes Long duration Write locks
  Locking Serializable	Well-formed Reads, Long duration Read locks	Well-formed Writes Long duration Write locks

  將locking標記的四種隔離級別與ANSI隔離級別對比：

  
  

• Well-formed Reads, Short duration read lockRead Uncommitted < Read Committed < (Repeatable Read >< Snapshot) < Serializable

  本文首先介紹了ANSI基于“異象”的隔離級別標準，并分析了其狹義和廣義的描述；然后介紹了基于鎖的隔離級別標準，與ANSI隔離級別進行了比較；最后分析快照隔離級別，在ANSI隔離級別標準基礎上，提出了兩種新的“異象”，得出快照隔離在幾種標準隔離級別特性中的位置。

“數據庫事務隔離的級別”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！