1、聊聊事務(wù)的概念與特性

記憶中第一次準(zhǔn)確了解到“事務(wù)”這個(gè)詞的時(shí)候，是在大學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的課堂上吧。
數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)持久化的地方，如何保證一次操作的整體性，使得這次操作具有現(xiàn)實(shí)意義，應(yīng)該是數(shù)據(jù)庫(kù)必須要具備的能力。這么一看，在數(shù)據(jù)庫(kù)的課堂上接觸到“事務(wù)”這個(gè)詞，是理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖虑槁铩?/p>

讓我給“事務(wù)”下一個(gè)定義的話(huà)：
一個(gè)包含多個(gè)動(dòng)作的事情，且這個(gè)事情只有執(zhí)行完成或沒(méi)有執(zhí)行的狀態(tài)。當(dāng)其中的一系列動(dòng)作沒(méi)有按照步驟完整地成功執(zhí)行，就意味著事情執(zhí)行失敗，并應(yīng)當(dāng)恢復(fù)到事情開(kāi)始執(zhí)行之前的狀態(tài)。

這么一說(shuō)不難看出“事務(wù)”一個(gè)非常重要的特征：原子性（atomicity）。為啥叫原子性，大概是人們認(rèn)為原子是不可切割的最小個(gè)體吧（提問(wèn)：夸克呢？嗯，就你話(huà)多）

再看看上面下的定義，還涉及到關(guān)于狀態(tài)變更的說(shuō)明。對(duì)于事情的執(zhí)行，它對(duì)于周?chē)臓顟B(tài)影響，應(yīng)該只有執(zhí)行前和執(zhí)行后。簡(jiǎn)單地說(shuō)，事情只會(huì)使得周?chē)鷱囊粋€(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另外一個(gè)狀態(tài)。當(dāng)然這是建立在原子性這一特性上面的。如果事情不存在原子性，即其中操作能夠被部分執(zhí)行，那么就會(huì)出現(xiàn)其他的中間狀態(tài)。對(duì)于這個(gè)特性被稱(chēng)作：一致性（consistency）。關(guān)于這個(gè)一致性，也是否意味著只要這個(gè)事情進(jìn)行執(zhí)行了，就肯定會(huì)發(fā)生從狀態(tài)A轉(zhuǎn)移到狀態(tài)B的情況，這個(gè)是個(gè)有趣的說(shuō)法，我覺(jué)得這個(gè)問(wèn)題大家也能去想一下。

上面的這兩個(gè)特性，我更愿意把它們劃分為是“事務(wù)”的內(nèi)部特性，即這是能夠從一個(gè)單獨(dú)的事務(wù)中就能體現(xiàn)出來(lái)的。所以我們不妨引出一個(gè)問(wèn)題，如果有多個(gè)不同的事務(wù)，那么又會(huì)有怎樣的特性呢。事務(wù)1能夠從狀態(tài)A轉(zhuǎn)換到狀態(tài)B，事務(wù)2能夠從狀態(tài)C轉(zhuǎn)換到狀態(tài)D。在狀態(tài)A、B和狀態(tài)C、D都是可以重疊不沖突的情況下，這兩個(gè)事務(wù)的同時(shí)執(zhí)行，是不是能夠把周?chē)膹腁、C態(tài)轉(zhuǎn)換到B、D態(tài)呢，這個(gè)我理解是沒(méi)有什么爭(zhēng)議的。我們不妨來(lái)?yè)Q一個(gè)情況，如果狀態(tài)A可以轉(zhuǎn)換成為狀態(tài)B或者狀態(tài)C，那么事務(wù)1是完成從A到B，事務(wù)2是完成從A到C的。在事務(wù)1、事務(wù)2同時(shí)執(zhí)行的情況下，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題了，那么最后是變成狀態(tài)B還是狀態(tài)C？第一種情況能夠完成的本質(zhì)原因，是因?yàn)閮蓚€(gè)事務(wù)并沒(méi)有對(duì)狀態(tài)這個(gè)資源進(jìn)行搶占，沒(méi)有搶占的原因是，他們獨(dú)立且并不沖突。但是在事務(wù)們對(duì)同一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換存在沖突的時(shí)候呢？所以為了保證事務(wù)的順利執(zhí)行，需要引入一個(gè)用于執(zhí)行的特性：隔離性（isolation）。隔離性為我們提供一個(gè)保證：事務(wù)的執(zhí)行應(yīng)當(dāng)是互不干擾的。對(duì)于互不干擾，最好的解決方式就是串行執(zhí)行了吧。但是不可能都會(huì)串行執(zhí)行啊，效率太低了啊，對(duì)吧。所以我們不妨關(guān)注一下后續(xù)的相關(guān)內(nèi)容，看看對(duì)于隔離性，這些解決方案都是怎么解決的。

隔離性告訴了我們事務(wù)執(zhí)行的過(guò)程的特性了，那么執(zhí)行完了之后呢？那不就是從狀態(tài)A變成了狀態(tài)B嘛。我理解這個(gè)狀態(tài)的變換是遵從“牛頓第一定律”的，即在沒(méi)有外力的情況，它將一直保持靜止或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)（好像有點(diǎn)串場(chǎng)了）。所以這個(gè)狀態(tài)的變換是會(huì)一直保存下去的，我們稱(chēng)之為：持久性（durability）。

到此為止，事務(wù)的四個(gè)特性就引出來(lái)了，但是看上去，我認(rèn)為這個(gè)更像是四個(gè)要求，就是這個(gè)四個(gè)特性組合在一起就誕生了“事務(wù)”一個(gè)概念，而不是“事務(wù)”本身就具備的。看上去這個(gè)思考的過(guò)程雖然有點(diǎn)長(zhǎng)，但是是順其自然的，能夠很清晰地說(shuō)明事務(wù)本身本必備的特性。主要是我一直覺(jué)得ACID這個(gè)簡(jiǎn)稱(chēng)記憶起來(lái)也太死記硬背，不利于知識(shí)的理解，對(duì)吧。

2、“壞情況”盤(pán)點(diǎn)

回應(yīng)上文，對(duì)于“隔離性”的保障是事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中必須要關(guān)注的，否則就喪失了“事務(wù)”給我們來(lái)的的意義了。
在提到說(shuō)到這些保障措施的時(shí)候，我們其實(shí)更應(yīng)該先來(lái)看看，可能出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤情形。上面引出隔離性的時(shí)候，比較模糊地用狀態(tài)A、B等來(lái)替代，未免也太不專(zhuān)業(yè)了。所以下面的說(shuō)明，會(huì)用更完整的操作和狀態(tài)樣例，來(lái)說(shuō)明“壞情況”。先清楚知道“壞情況”及其來(lái)源，才能夠引導(dǎo)我們思考，為什么要提出這樣的措施，也就是隔離方案來(lái)避免這樣的情況。

“壞情況”一覽:

（1）臟讀（dirty read）

抄來(lái)的樣例情景：

假設(shè)我們現(xiàn)在有這樣一張表（T），里面記錄了很多牛人的名字
第一天，事務(wù)A訪(fǎng)問(wèn)了數(shù)據(jù)庫(kù)，它干了一件事情，往數(shù)據(jù)庫(kù)里加上了新來(lái)的牛人的名字，但是沒(méi)有提交事務(wù)。 
insert into T values (4, '牛D');
這時(shí)，來(lái)了另一個(gè)事務(wù)B，他要查詢(xún)所有牛人的名字。
select Name from T;
這時(shí)，如果沒(méi)有事務(wù)之間沒(méi)有有效隔離，那么事務(wù)B返回的結(jié)果中就會(huì)出現(xiàn)“牛D”的名字。這就是“臟讀（dirty read）”。

場(chǎng)景特點(diǎn)：對(duì)一條數(shù)據(jù)僅讀了一次，就讀到了不正確的臟數(shù)據(jù)。

（2）不可重復(fù)讀（unrepeatable read）

前文再續(xù)書(shū)接上一回的情景：

第二天，事務(wù)A訪(fǎng)問(wèn)了數(shù)據(jù)庫(kù)，他要查看ID是1的牛人的名字，于是執(zhí)行了
select Name from T where ID = 1;
這時(shí)，事務(wù)B來(lái)了，因?yàn)镮D是1的牛人改名字了，所以要更新一下，然后提交了事務(wù)。
update T set Name = '不牛' where ID = 1;
接著，事務(wù)A還想再看看ID是1的牛人的名字，于是又執(zhí)行了
select Name from T where ID = 1;
結(jié)果，兩次讀出來(lái)的ID是1的牛人名字竟然不相同，這就是不可重復(fù)讀（unrepeatable read）。

場(chǎng)景特點(diǎn)：對(duì)于同一條已有的數(shù)據(jù)，前后讀了兩次，但是讀了兩次的數(shù)據(jù)不一樣。

（3）幻讀（phantom problem）

再一次前文再續(xù)書(shū)接上一回的情景：

第三天，事務(wù)A訪(fǎng)問(wèn)了數(shù)據(jù)庫(kù)，他想要看看數(shù)據(jù)庫(kù)的牛人都有哪些，于是執(zhí)行了
select * from T;
這時(shí)候，事務(wù)B來(lái)了，往數(shù)據(jù)庫(kù)加入了一個(gè)新的牛人。
insert into T values(4, '牛D');
這時(shí)候，事務(wù)A忘了剛才的牛人都有哪些了，于是又執(zhí)行了。
select * from T;
結(jié)果，第一次有三個(gè)牛人，第二次有四個(gè)牛人。
相信這個(gè)時(shí)候事務(wù)A就蒙了，剛才發(fā)生了什么？這種情況就叫“幻讀（phantom problem）”。

場(chǎng)景特點(diǎn)：針對(duì)某一張表的數(shù)據(jù)進(jìn)行的列表查詢(xún)，兩次數(shù)量不一致。

(4) 更新丟失

對(duì)不起，隔壁抄來(lái)的沒(méi)有這個(gè)場(chǎng)景。是的，所以也沒(méi)有英文名稱(chēng)
這種情況其實(shí)非常容易理解，就是兩個(gè)事務(wù)同時(shí)去更新同一條數(shù)據(jù)，比如事務(wù)A需要對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行“+100”的操作，而事務(wù)B需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“+200”的操作，那么在沒(méi)有對(duì)該數(shù)據(jù)加上“排他寫(xiě)鎖”，即同時(shí)只允許一個(gè)事務(wù)對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)的寫(xiě)操作權(quán)限的情況下，事務(wù)A、B執(zhí)行完成后可能并沒(méi)有出現(xiàn)預(yù)期的數(shù)據(jù)“+300”的操作，也就是出現(xiàn)了更新丟失的情況，可能數(shù)據(jù)僅會(huì)出現(xiàn)“+100”或者“+200”的任一情況。

總結(jié)一下

再來(lái)三種“壞情況”進(jìn)行一下回顧：

由此，我們引出幾種等級(jí)的隔離策略，來(lái)試圖解決上面出現(xiàn)的幾種“壞情況”。

3、解決方案：事務(wù)隔離

對(duì)于上述的四種“壞情況”，不可能只有兩種隔離策略來(lái)說(shuō)要么四個(gè)種情況我都能完美避免，或者四種情況我都不聞不問(wèn)，應(yīng)當(dāng)存在一些中間的分級(jí)策略，來(lái)解決部分的情況，來(lái)達(dá)到最低限度的要求，畢竟我們還是要兼顧性能的。

（1）讀未提交（Read uncommitted）

最低級(jí)別的隔離策略。
如果一個(gè)事務(wù)已經(jīng)開(kāi)始寫(xiě)數(shù)據(jù)，則另外一個(gè)事務(wù)不允許同時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作，但允許其他事務(wù)讀此行數(shù)據(jù)，該隔離級(jí)別可以通過(guò)“排他寫(xiě)鎖”，但是不排斥讀線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)。
在該隔離等級(jí)下，解決了更新丟失的情況，因?yàn)橥粫r(shí)間僅會(huì)有一個(gè)事務(wù)擁有對(duì)該數(shù)據(jù)的寫(xiě)權(quán)限。其余事務(wù)需要等待擁有寫(xiě)權(quán)限的事務(wù)完成后再重新發(fā)起占據(jù)之后才進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新。
從名字上來(lái)看我們也知道，在這種隔離粗略下，能夠讀到未提交事務(wù)的數(shù)據(jù)，也就是會(huì)出現(xiàn)臟讀的情況。在該隔離等級(jí)下，僅解決了更新丟失的情況。

（2）讀提交（Read committed）

如果是一個(gè)讀事務(wù)(線(xiàn)程)，則允許其他事務(wù)讀寫(xiě)，如果是寫(xiě)事務(wù)將會(huì)禁止其他事務(wù)訪(fǎng)問(wèn)該行數(shù)據(jù)。
跟上一個(gè)等級(jí)比較，很明顯的差異就是，在寫(xiě)事務(wù)執(zhí)行的時(shí)候，是禁止其他事務(wù)訪(fǎng)問(wèn)該數(shù)據(jù)，即連讀取也是不允許的。在該隔離等級(jí)情況下，數(shù)據(jù)的更新將在完成之后才會(huì)被讀取到，不會(huì)出現(xiàn)未執(zhí)行完成的數(shù)據(jù)被讀取，所以能夠避免臟讀的情況。但是由于讀事務(wù)并不應(yīng)該寫(xiě)事務(wù)對(duì)同一數(shù)據(jù)的執(zhí)行，即在讀的過(guò)程中，忽然有寫(xiě)事務(wù)執(zhí)行，在寫(xiě)事務(wù)執(zhí)行完成后開(kāi)始的讀事務(wù)再次讀取同一數(shù)據(jù)時(shí)，仍然會(huì)出現(xiàn)不一致的情況。所以不可重復(fù)讀在該隔離等級(jí)還是會(huì)出現(xiàn)的。

（3）可重復(fù)讀（Repeated Read）

可重復(fù)讀取是指在一個(gè)事務(wù)內(nèi)，多次讀同一個(gè)數(shù)據(jù)，在這個(gè)事務(wù)還沒(méi)結(jié)束時(shí)，其他事務(wù)不能訪(fǎng)問(wèn)該數(shù)據(jù)(包括了讀寫(xiě))。
和“讀提交”相比，“可重復(fù)讀”采取了更進(jìn)一步的要求，在該事務(wù)還沒(méi)有結(jié)束時(shí)，即包括讀事務(wù)在內(nèi)，其他事務(wù)都不允許對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)，這樣子就能夠有效避免同一事務(wù)中兩次讀取相同數(shù)據(jù)的差異，即不會(huì)發(fā)生不可重復(fù)讀的情況了。

（4）串行化（Serializable）

提供嚴(yán)格的事務(wù)隔離，它要求事務(wù)序列化執(zhí)行，事務(wù)只能一個(gè)接著一個(gè)地執(zhí)行，但不能并發(fā)執(zhí)行。
呼應(yīng)上文中，對(duì)于隔離性最好的解決方案就是，事務(wù)的順序執(zhí)行，這樣子就不會(huì)發(fā)生對(duì)同一數(shù)據(jù)，甚至表格內(nèi)容的搶占了。能夠避免上文中提到的所有“壞情況的發(fā)生”。

總結(jié)一下

引用參考：
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1611918898724887602&wfr=spider&for=pc