(转)数据库事物、隔离等级及数据库锁机制

一、数据库事务的4个基本特征

事务（transaction）是数据库管理系统的执行单位，可以是一个数据库操作（如Select操作）或者是一组操作序列。事务ACID属性，即原子性（Atomicity）、一致性(Consistency)、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）。

原子性(Atomic)：保证事务中的所有操作全部执行或全部不执行。例如执行转账事务，要么转账成功，要么失败。成功，则金额从转出帐户转入到目的帐户，并且两个帐户金额将发生相应的变化；失败，则两个账户的金额都不变。不会出现转出帐户扣了钱，而目的帐户没有收到钱的情况。

一致性(Consistency)：保证数据库始终保持数据的一致性——事务操作之前是一致的，事务操作之后也是一致的，不管事务成功与否。如上面的例子，转账之前和之后数据库都保持数据上的一致性。

隔离性(Isolation)：多个事务并发执行的话，结果应该与多个事务串行执行效果是一样的。显然最简单的隔离就是将所有事务都串行执行：先来先执行，一个事务执行完了才允许执行下一个。但这样数据库的效率低下，如：两个不同的事务只是读取同一批数据，这样完全可以并发进行。为了控制并发执行的效果就有了不同的隔离级别。下面将详细介绍。

持久性(Durability)：持久性表示事物操作完成之后，对数据库的影响是持久的，即使数据库因故障而受到破坏，数据库也应该能够恢复。通常的实现方式是采用日志。

二、数据库事物的隔离级别

      事务隔离级别（transaction isolation levels）：隔离级别就是对对事务并发控制的等级。ANSI/ ISO SQL将其分为串行化（SERIALIZABLE）、可重复读（REPEATABLE READ）、读已提交（READ COMMITED）、读未提交（READ UNCOMMITED）四个等级。为了实现隔离级别通常数据库采用锁（Lock）。一般在编程的时候只需要设置隔离等级，至于具体采用什么锁则由数据库来设置。首先介绍四种等级，然后举例解释后面三个等级（可重复读、读已提交、读未提交）中会出现的并发问题。

串行化（SERIALIZABLE）：所有事务都一个接一个地串行执行，这样可以避免幻读（phantom reads）。对于基于锁来实现并发控制的数据库来说，串行化要求在执行范围查询（如选取年龄在10到30之间的用户）的时候，需要获取范围锁（range lock）。如果不是基于锁实现并发控制的数据库，则检查到有违反串行操作的事务时，需要滚回该事务。

可重复读（REPEATABLE READ）：所有被Select获取的数据都不能被修改，这样就可以避免一个事务前后读取数据不一致的情况。但是却没有办法控制幻读，因为这个时候其他事务不能更改所选的数据，但是可以增加数据，因为前一个事务没有范围锁。

读已提交（READ COMMITED）：被读取的数据可以被其他事务修改。这样就可能导致不可重复读。也就是说，事务的读取数据的时候获取读锁，但是读完之后立即释放（不需要等到事务结束），而写锁则是事务提交之后才释放。释放读锁之后，就可能被其他事物修改数据。该等级也是SQL Server默认的隔离等级。

读未提交（READ UNCOMMITED）：这是最低的隔离等级，允许其他事务看到没有提交的数据。这种等级会导致脏读（Dirty Read）。

 

       例子：下面考察后面三种隔离等级对应的并发问题。假设有两个事务。事务1执行查询1，然后事务2执行查询2，然后提交，接下来事务1中的查询1再执行一次。查询基于以下表进行：

users
id	name	age
1	Joe	20
2	Jill	25

可重复读(幻读，phantom reads)

一个事务中先后各执行一次同一个查询，但是返回的结果集却不一样。发生这种情况是因为在执行Select操作的时候没有获取范围锁（Range Lock），导致其他事务仍然可以插入新的数据。

Transaction 1	Transaction 2
/* Query 1 */ SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 10 AND 30;
	/* Query 2 */ INSERT INTO users VALUES ( 3, 'Bob', 27 ); COMMIT;
/* Query 1 */ SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 10 AND 30;

注意transaction 1对同一个查询语句（Query 1）执行了两次。 如果采用更高级别的隔离等级（即串行化）的话，那么前后两次查询应该返回同样的结果集。但是在可重复读隔离等级中却前后两次结果集不一样。但是为什么叫做可重复读等级呢？那是因为该等级解决了下面的不可重复读问题。

读已提交（不可重复读，Non-repeatable reads）

在采用锁来实现并发控制的数据库系统中，不可重复读是因为在执行Select操作的时候没有加读锁（read lock）。

Transaction 1	Transaction 2
/* Query 1 */ SELECT * FROM users WHERE id = 1;
	/* Query 2 */ UPDATE users SET age = 21 WHERE id = 1; COMMIT;
/* Query 1 */ SELECT * FROM users WHERE id = 1;

在这个例子当中，Transaction 2提交成功,所以Transaction 1第二次将获取一个不同的age 值.在SERIALIZABLE和REPEATABLE READ隔离级别中,数据库应该返回同一个值。而在READ COMMITTED和READ UNCOMMITTED级别中数据库返回更新的值。这样就出现了不可重复读。

读未提交 (脏读，dirty reads)

如果一个事务2读取了另一个事务1修改的值，但是最后事务1滚回了，那么事务2就读取了一个脏数据，这也就是所谓的脏读。发生这种情况就是允许事务读取未提交的更新。

Transaction 1	Transaction 2
/* Query 1 */ SELECT * FROM users WHERE id = 1;
	/* Query 2 */ UPDATE users SET age = 21 WHERE id = 1;
/* Query 1 */ SELECT * FROM users WHERE id = 1;
	RollBack

 

综上述，可以等到下面的表格：

隔离等级	脏读	不可重复读	幻读
读未提交	YES	YES	YES
读已提交	NO	YES	YES
可重复读	NO	NO	YES
串行化	NO	NO	NO

三、锁的种类

数据库系统本身的锁机制

1、共享锁(Shared Lock)   select这种

2、更新锁(Update Lock)   update 这种

3、排他锁(Exclusive Lock)：update set xx=c where id="3" 这种

4、意向锁(Intent Lock)：对表进行加锁。

5、模式锁(Schema Lock)：Altert table

6、批量更新锁（Bulk Update Lock）：数据库备份恢复

业务级别上的锁机制，如Hibernated的锁机制：

1. 悲观锁：利用数据库本身的锁机制实现。通过上面对数据库锁的了解，可以根据具体业务情况综合使用事务隔离级别与合理的手工指定锁的方式比如降低锁的粒度等减少并发等待。
2. 乐观锁：利用程序处理并发。原理都比较好理解，基本一看即懂。方式大概有以下3种
   1. 对记录加版本号.
   2. 对记录加时间戳.
   3. 对将要更新的数据进行提前读取、事后对比。

不论是数据库系统本身的锁机制，还是乐观锁这种业务数据级别上的锁机制，本质上都是对状态位的读、写、判断。