知識星球來自：碼農翻身（微訊號：coderising）
作者：劉欣
本來想單獨寫個MVCC的，但是後來一想，如果不扯上事務的隔離級別，理解起來不是很方便， 還是在原來的一篇文章《資料庫村的旺財和小強》上改寫吧。 沒看過的同學自然可以從頭看起，看過的同學可以複習下，再想想事務隔離級別的本質。
這是一篇超級乾的乾貨，尤其是MVCC部分，很燒腦，挑戰一下吧。
1丟失的資料
旺財是資料庫村的一個程式， 小強也是。
資料庫村有個特點， 很多資料支援共享操作，多個程式可以同時讀寫，他們倆經常會為了讀寫同一個資料， 爭奪的不可開交。
這一天，當旺財和小強對同一個銀行賬戶A進行寫操作時候， 出現了這麼一個錯誤：
看看， 本來旺財要加上的20元就丟掉了。
同樣的事情發生的多了， 他倆給這種情況起了一個名字，叫“丟失修改”， 其實說白了就是倆人都去寫一個資料， 一個人的資料把另外一個給改寫了。
村裡的MySQL老頭兒說： “你們兩個小傢伙，寫資料的時候連加鎖都不做，肯定會出大亂子！”
旺財說：“加什麼鎖？”
“來來來， 我教你們一個排他鎖（Exclusive Lock） , 簡稱X鎖， 旺財你要寫資料了， 就把它用X鎖鎖住， 鎖住後，除非你釋放， 否則小強無法獲得X鎖。 這不就解決你們的問題了？ ”
小強想了想， 就把上面的操作過程用X鎖改了一下：
旺財說：“果然不錯， 確實可以解決兩個人同時修改導致的問題。”
2臟資料
小強說：“旺財， 我們約定，寫資料的時候都用X鎖吧？”
旺財說： “這沒問題， 可是X鎖只在寫資料的時候用， 我們讀資料是不用加鎖的， 我想起了一種情況， 你看看怎麼辦？”
小強在旺財執行的途中讀了A的值， 但是旺財把對A的修改給回滾(Rollback)了, 這下小強尷尬了， 他讀到了臟資料。
“要不我們在讀取資料的時候也加個X鎖 ？ ” 小強說。
“那樣太嚴格了， 就是讀一個資料啊， 值得嗎？”
“這樣吧， 我們再搞一個新的鎖出來， 專門用於共享資料的讀取， 就叫共享鎖(Share lock) ，簡稱S鎖， 這個鎖和之前的排他鎖X鎖有區別， 主要用於讀取資料， 如果一個資料加了X鎖， 就沒法加S鎖， 同樣加了S鎖， 就沒法加X鎖” 小強想出了一個點子。
“那如果我加了S鎖， 你還能加S鎖嗎？ ” 旺財問。
“應該可以吧， 咱們倆都是讀資料， 互不影響啊。 還有為了防止長時間的鎖住， 我們可以約定一下，不管我們要做的事情有多少， 讀一個資料之前加S鎖， 讀完之後立刻釋放該S鎖 ! ”
果然，這樣一來“臟資料”的問題就解決了 ！
3沒法重覆讀？
旺財和小強兩個程式相安無事了很久， 但是S鎖在讀完資料後立刻釋放的約定， 導致出了一個新問題。
旺財在一次資料處理中， 先讀取了A和B的值， 相加得到了150 ， 然後小強把B改成了30
旺財再次讀取A和B， 發現求和以後是130 , 剛才的不一樣了！
（碼農翻身註： 假定旺財的處理是在一個事務當中）
旺財說： “小強， 我在讀取資料的時候你不能改啊 ， 要不然我這裡會出現不一致， 你看剛開始是A+B是 150， 現在變成130了”
小強說： “我們之前的約定是讀資料時加S鎖， 讀完立馬釋放， 問題就出現在這裡了。”
“看來在讀資料的時候， 也需要一直鎖定了， 直到事務提交。”
4幻覺出現
旺財和小強現在已經能靈活的使用X鎖和S鎖了。
他們倆總結了一下， 分為了這麼幾種情況：
1. 寫資料時加上X鎖，直到事務結束， 讀的時候不加鎖。
雖然能夠避免丟失資料， 但是可以讀到沒有提交或者回滾的內容 （臟資料）， 這其實就是資料庫最低的事務隔離級別 — Read uncommitted
2. 寫資料的時候加上X鎖， 直到事務結束， 讀的時候加上S鎖， 讀完資料立刻釋放。
這能避免“丟失資料”和“臟資料”， 但是會出現“不可重覆讀”的問題 ， 這是第二級的事務隔離級別 — Read committed
3. 寫資料的時候加上X鎖， 直到事務結束， 讀資料的時候加S鎖， 也是直到事務結束。
這能避免“丟失資料”和“臟資料”， “不可重覆讀”三個問題 ， 這是資料庫常用的隔離級別 —
Repeatable read
整個世界似乎清凈了。
有一次旺財對一個“學生表”進行操作，選取了年齡是18歲的所有行， 用X鎖鎖住， 並且做了修改。
改完以後旺財再次選擇所有年齡是18歲的行， 想做一個確認， 沒想到有一行竟然沒有修改！
這是怎麼回事？ 出了幻覺嗎？
原來就在旺財查詢並修改的的時候， 小強也對學生表進行操作， 他插入了一個新的行，其中的年齡也是18歲！ 雖然兩個人的修改都沒有問題， 互不影響， 但從最終效果看， 還是出了事。
（碼農翻身註： 正是小強的操作， 讓旺財出現了“幻讀”）
旺財說： “沒轍了， 我們倆非得序列執行不可， 你必須得等我執行完。 ”
這就是資料庫事務隔離級別的終極大招：Serializable （序列化）
最後， 為了方便記憶， 他們倆倒騰了半天， 整齣了一張表， 用於記錄各種情況：
（點選看大圖）
兩個人看著這張表， 感慨的說：“唉， 這資料庫村的事務隔離級別可真是不容易啊！”
5MVCC
旺財和小強使用了一段時間的“序列化”隔離級別，雖然不會出錯，但是效率實在太低了。資料庫村的人都笑話他倆幹活太慢， 於是倆人商量著退到“可重覆讀”，雖然會出現幻讀，但是也能忍受。
“可重覆讀”用了一段時間，他們又不滿意了。
旺財唉聲嘆氣地說：“為了實現可重覆讀， 我們需要在事務中對讀操作加鎖，並且得持續到整個事務結束，這實在是不爽啊！”
小強說：“是啊，我修改資料的時候，還得等待你讀完成，效率就太低嘍。”
許久不見的MySQL聽到他倆的抱怨，插嘴道：“看來你們兩個已經開始思考了啊，我有一個辦法， 可以在讀的時候不用加鎖，也能實現可重覆讀。”
“你就吹吧！這怎麼可能？” 旺財和小強根本不相信。
MySQL老頭兒說： “你們兩個太孤陋寡聞了，這個方法叫做MVCC（多版本併發控制）。”
頓了一下， MySQL老頭兒故意激他們：“可是有點難啊，你們倆不一定能弄明白。”
旺財和小強很不服氣：“說來聽聽！”
“假設啊，資料庫中有一個叫做users的表，裡邊有這麼一行資料：” MySQL老頭兒開始畫圖：
“現在，我要給他加兩個隱藏的欄位：”
“事務ID？ 是不是每次開始事務的時候分配的？ ”
“沒錯，這個事務ID就表明這一行資料是哪個事務操作的，註意啊，事務ID是一個遞增的數字，每次開始新事務，這個數字就會增加。”
“這有什麼用？”
“別急，馬上就會講到，” MySQL老頭兒地說：“ 旺財，小強，假設你們倆的事務中SQL的執行次序如下： ”
在標號為 (1) 的地方，資料是這樣的：
與此同時，需要建立一個叫做Read View的資料結構，它有三個部分：
(1) 當前活躍的事務串列 ，即[101,102]
(2) Tmin ，就是活躍事務的最小值， 在這裡 Tmin = 101
(3) Tmax, 是系統中最大事務ID（不管事務是否提交）加上1。 在這裡例子中，Tmax = 103
（註： 在可重覆讀的隔離級別下，當第一個Read操作發生的時候，Read view就會建立。 在Read Committed隔離級別下，每次發出Read操作，都會建立新的Read view。）
旺財和小強還不知道有什麼用處，只是死記硬背，生怕跟不上老頭兒的思路。
MySQL老頭兒接著說道： “在標號為（2）的地方，小強做了修改，資料是這樣的：”
“看到回滾指標沒有？ 它指向了上一條記錄。”
“怪不得叫做多版本併發控制，你這裡維護了資料的多個版本啊。” 小強感慨道。
“按照可重覆讀的要求，我開始了一個事務，無論我讀多少次，我總是能讀到age=20的那行記錄，即使小強修改了age，我也不受影響。你這個結構該怎麼實現啊？ ” 旺財問道。
“關鍵部分要到了，我這裡有個演演算法，用來判斷這些資料版本記錄中哪些對你來說是可見的（可讀的）。 ”
旺財只覺得覺得自己的頭嗡地一下就大了：“這….怎麼這麼麻煩！”
MySQL老頭說：“這還麻煩？ 已經很簡單的演演算法了，就是幾個if else ，加上幾個迴圈而已！ 連這個都整不明白，別在我們資料庫村混了！ 對於上面的例子，ReadView 中事務串列是[101,102], Tmin= 101, Tmax = 103，你們想想，第一次讀和第二次讀是什麼樣子。”
只聽到小強嘴裡嘟囔著：“ 當旺財第一次讀的時候，只有一條記錄， tid = 100 ,小於Tmin，所以是可以讀的。 然後我做了修改， 當旺財第二次讀的時候，tid=102，程式走到了‘tid是否在Read View中這一分支，由於102確實在Read View的活動事務串列中，那就順著回滾指標找到下一行記錄，即tid為100那一行，再次判斷，這就和第一次讀一樣了。”
MySQL老頭兒得意地說：“對嘍，這不就實現了可保證可重覆讀嘛！ 旺財你想想，你在讀資料的時候，需不需要加鎖操作？”
旺財搖頭：“不用加鎖， 我只要找到正確的版本就可以了。 ”
（註： 但是在寫資料的時候，MySQL還是要加鎖的，防止寫-寫衝突）
“這就是MVCC的好處啊，讀寫不互相等待，能極大地提高資料庫的併發能力啊。”
旺財還是有點不放心，覺得這種方式太複雜了，但是轉念一想，讀的時候不用加鎖，這個誘惑實在太大， 他說：“這樣吧，我和小強再合計合計。”
MySQL老頭兒自信地說：“沒問題，你們來再想想，有問題再找我吧。”
（註：本文講解了可重覆讀的情況，對於Read Committed 這個可以適用同樣的演演算法，只是每次讀操作的時候，都要建立新的Read view，朋友們可自行分析下。）
（完）
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