面试必考：深度解析数据库事务及其应用

在数据库技术面试中，事务机制常常是考官关注的重点之一。理解事务不仅对通过面试至关重要，更是掌握数据库管理和优化的基础。事务的四大特性（ACID）、不同的隔离级别以及常见的并发问题和解决方案，都是面试中常见的考题。本文将逐一解析这些关键概念，帮助你在面试中脱颖而出，展现你对数据库事务的深入理解。

什么是事务？

事务是代表单个工作单元的一组SQL语句，当我们需要对数据库进行多次更改的情况下，要使用事务，我们希望所有这些更改作为一个单元一起成功或失败

事务的四大特性 (ACID)

• 原子性(Atomicity)：事务中的所有操作要么全部完成，要么全部不完成；
• 一致性(Consistency)：事务完成后，数据库必须从一个一致状态转化到另一个一致状态,数据库始保持一致的状态；
• 隔离性(Islation)：一个事务的执行不应影响其他事务的执行；
• 持久性(Durability)：一旦事务提交，其结果应该永久保存在数据库中，即使系统发生故障；

事务隔离级别

• 标准的SQL定义了4个事务隔离级别,隔离级别逐渐增高，性能和可扩展性逐渐降低，因为限制了并发。在MySQL中，默认的事务隔离级别是‘可重复读’。
• 读未提交：允许读取未提交的数据，最低的隔离级别
• 读已提交：给予了我们的事务一定的隔离，使得该事务只能读取已提交的数据，避免了脏读。
• 可重复读：我们读取的数据是可重复和一致的，就算有其他事务更改了数据，我们会看到首次读取就创建的快照。
• 序列化：它能保证当有别的事务在更新数据时，我们的事务能够知晓变动，如果有其他事务修改了可能影响查询结果的数据，我们的事务必须等它们完成，这样事务就会按序列化执行。

常见的并发问题和解决方法

1.丢失更新

• 当两个事务尝试更新相同的数据并且没有上锁时，就会发生这种情况，比如两个事务更新同一条记录的不同列的信息，较晚提交的事务会覆盖较早事务做的更改，使得较早事务做的更改缺失。
• 使用锁，防止两个事务同时更新同样的数据，MySQL提供的默认锁的锁粒度是行级锁。

2.脏读

• 一个事务读取了尚未被提交的数据，如果该数据被退回的话，该事务就是读取了一个不存在的数据,就是脏读。
• 为了解决这个问题，我们需要为事务建立隔离级别，“读已提交”，这样事务修改的数据不会立马被其他事务读取，除非它提交了。

3.不可重复读(不一致读)

• 当我们在事务中添加更多隔离时，我们可以保证事务只能读取已提交的数据，但如果在事务过程中，读取了某个数据两次，并得到了不同的结果就是不可重复读问题。
• 我们就需要增加事务隔离级别，我们要将它与其他事务隔离，“可重复读”，确保数据更改对该事务不可见，只看事务开始前那一刻的数据信息。

4.幻读

• 对于突然出现或者缺失的数据，我们无法在查询中看到它们，因为它们是在执行查询后才添加、更新、删除的。
• 为此，我们有另一个隔离级别为”序列化“，它能保证当有别的事务在更新数据时，我们的事务能够知晓变动，如果有其他事务修改了可能影响查询结果的数据，我们的事务必须等它们完成，这样事务就会按序列化执行。

MVCC

MVCC（多版本并发控制）是一种用于数据库管理系统的并发控制机制，是为了提高数据并发访问的效率，并减少锁竞争，减少对锁的依赖。

Read View

Read View 有4个重要的字段，m_ids，min_trx_id，max_trx_id，creator_trx_id

• m_ids：指的是在创建 Read View 时，当前数据库中活跃事务的事务id列表，活跃事务是指启动但未提交的事务。
• min_trx_id：指的是m_ids的最小值。
• max_trx_id：创建Read View 时，数据库中最大的事务的id+1。
• creator_trx_id：指的是创建该 Read View 的事务的事务id。

InnoDB存储引擎中的记录

记录的行格式包含两个隐藏字段：

• trx_id，当一个事务对某条记录进行改动时，就会把该事务的事务id记录在trx_id中。
• roll_pointer，每次对某条记录进行改动时，都会把旧版的记录写到 undo 日志中，然后，这个字段是一个指针，指向每一个旧版记录，这样就可以通过指针找到修改前的记录，这就是大名鼎鼎的版本链。

具体实现

通过Read View 和版本链实现的。

• 在创建Read View后，根据事务的可见性进行读取数据，可见的就是能读取的，不可见的，就是不能读取的。在id列表里的，就是不可见的，大于等于 max_trx_id的事务id的事务是不可见的，小于 min_trx_id的事务id的事务是可见的。
• 当查询数据时，系统会检查每个记录的 trx_id，看是否符合可见性，如果不符合，就根据roll_pointer寻找之前的版本。
• 通过这样的机制，InnoDB 能够在高并发环境下保持事务的隔离性，同时确保每个事务都能读取到基于其 Read View 创建时的可见数据。这种多版本并发控制（MVCC）技术有效地解决了读写冲突的问题，同时允许事务以一致的方式读取数据。

快照读和当前读

MySQL虽然支持4种隔离级别，但是与SQL标准种规定的各级隔离级别允许发生的现象却有些出入。MySQL InnoDB引擎的默认隔离级别虽然是可重复读，但是它很大程度上避免了幻读现象，解决的方案有两种：

• 针对快照读，普通的select语句，是通过MVCC的方式解决了幻读。
• 针对当前读，select…for update等，是通过加临界锁(记录锁+间隙锁)。当执行当前读时，会在范围加上临界锁，其他事务如果在锁的范围内插入或删除一条记录，就会被阻塞，很好地避免了幻读问题。