作者介紹

李為，現(xiàn)任金融行業(yè)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)DBA，主要涉及DB2、Oracle、MySQL等數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)工作。

數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)控制機(jī)制，顧名思義，是用來(lái)控制數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)操作的機(jī)制?？刂频哪康氖菫榱吮ＷC數(shù)據(jù)完整和數(shù)據(jù)一致性。

何為數(shù)據(jù)一致性？在數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)操作中，多個(gè)事務(wù)同時(shí)讀取同一份數(shù)據(jù)，要保證多個(gè)事務(wù)讀取的同一份數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。

可能數(shù)據(jù)的不一致更好理解。例如事務(wù)T1、T2同時(shí)更新余額為1000余額表， T1減100元，更新余額為900元，T2減500元，更新余額為500元;在T2不知道T1已經(jīng)更新的情況下直接把余額更新為500元，丟失了T1對(duì)余額的更新，此時(shí)的數(shù)據(jù)不能反映真實(shí)情況，數(shù)據(jù)變得不一致。并發(fā)事務(wù)處理過(guò)程中，還可能出現(xiàn)事務(wù)T1修改了一條記錄，事務(wù)T2讀取該記錄后，事務(wù)T1被撤銷(xiāo)，此時(shí)T2讀取的數(shù)據(jù)就與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)不一致，該數(shù)據(jù)就為“臟”數(shù)據(jù)。

因此并發(fā)操作中，需要確保事務(wù)的隔離性以保證數(shù)據(jù)的一致性。那么如何確保事務(wù)的隔離性呢？接下來(lái)，我們將對(duì)DB2、MySQL和Oracle三種數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)控制機(jī)制進(jìn)行比較分析。

數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)一致性支持機(jī)制：事務(wù)、鎖、日志。

首先我們看看什么是事務(wù)。

一、事務(wù)

事務(wù)：又稱(chēng)為交易，訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的可恢復(fù)的最小單元。

1、事務(wù)的ACID

原子性（Atomicity）：事務(wù)為一個(gè)整體的工作單元，事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作要么全部執(zhí)行，要么全部取消;

一致性（Consistency）：事務(wù)完成時(shí)，所有數(shù)據(jù)都保持一致?tīng)顟B(tài);

隔離性（Isolation）：事務(wù)所做的修改必須與其他事務(wù)所做的修改隔離。事務(wù)查看數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)的狀態(tài)要么為其他事務(wù)修改之前要么為其他事務(wù)修改之后，不會(huì)為中間狀態(tài)。即多個(gè)事務(wù)不能同時(shí)修改同一份數(shù)據(jù);

持久性（Durability）：事務(wù)提交后，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所做的修改會(huì)永久保存。

2、事務(wù)的初始化和終止

事務(wù)在可執(zhí)行的SQL第一次執(zhí)行時(shí)會(huì)自動(dòng)初始化，事務(wù)一旦初始化，就必須終止（COMMIT或ROLLBACK）。

1）關(guān)于事務(wù)的COMMIT和ROLLBACK

多數(shù)情況下，事務(wù)通過(guò)執(zhí)行COMMIT或ROLLBACK終止事務(wù)。執(zhí)行COMMIT語(yǔ)句后，事務(wù)初始化后對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)做出的所有改變都會(huì)變成永久的;執(zhí)行ROLLBACK語(yǔ)句后，事務(wù)初始化后對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)做出的所有改變都會(huì)被撤銷(xiāo)，數(shù)據(jù)庫(kù)返回事務(wù)開(kāi)始之前的狀態(tài)。

2）關(guān)于不成功的事務(wù)的結(jié)果

上面說(shuō)了當(dāng)事務(wù)被COMMIT或ROLLBACK終止語(yǔ)句后會(huì)發(fā)生什么，如果事務(wù)完成之前系統(tǒng)發(fā)生故障，會(huì)發(fā)生什么？這種情況下，數(shù)據(jù)庫(kù)管理器將撤銷(xiāo)所有未COMMIT的修改，從而恢復(fù)數(shù)據(jù)的一致性。

DB2中通過(guò)ACTIVE LOG日志文件實(shí)現(xiàn)撤銷(xiāo)修改。日志文件包含關(guān)于事務(wù)執(zhí)行的每個(gè)語(yǔ)句的信息，以及事務(wù)是否被成功COMMIT或ROLLBACK的信息。

MySQL和Oracle利用undo log撤銷(xiāo)修改。undo log記錄了行的修改操作，執(zhí)行事務(wù)中由于某種原因失敗，或使用ROLLBACK時(shí)，就可以利用undo log將數(shù)據(jù)恢復(fù)到修改之前的樣子。

3、事務(wù)的隔離級(jí)別

1）潛在問(wèn)題

事務(wù)為什么需要多種可以設(shè)置的隔離級(jí)別呢？通常，鎖可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)操作中事務(wù)的隔離，保證數(shù)據(jù)的一致性。鎖提高了并發(fā)性能，但會(huì)帶來(lái)潛在的問(wèn)題：

臟讀：當(dāng)前事務(wù)可以讀到另外一個(gè)事務(wù)中未提交的數(shù)據(jù)。

不可重復(fù)讀：在一個(gè)事務(wù)內(nèi)讀到的同一條數(shù)據(jù)是不一樣的。

幻讀：事務(wù)A在相同條件下第二次讀取時(shí)讀到新插入的數(shù)據(jù)。

丟失更新：一個(gè)事務(wù)的更新操作會(huì)被另一個(gè)事務(wù)的更新操作所覆蓋，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致。 例如：

事務(wù)T1將行記錄修改為V1，事務(wù)T1未提交。

事務(wù)T2將行記錄修改為V2，事務(wù)T2未提交。

事務(wù)T1提交。

事務(wù)T2提交。

在當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)的鎖機(jī)制下不會(huì)導(dǎo)致理論意義上的丟失更新問(wèn)題，但是實(shí)際上在所有多用戶(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)環(huán)境下都有可能產(chǎn)生這個(gè)問(wèn)題。例如：

事務(wù)T1查詢(xún)一行數(shù)據(jù)，放入本地內(nèi)存，顯示給User1。

事務(wù)T2查詢(xún)一行數(shù)據(jù)，放入本地內(nèi)存，顯示給User2。

User1修改這行記錄，更新數(shù)據(jù)庫(kù)并提交。

User2修改這行記錄，更新數(shù)據(jù)庫(kù)并提交。

這些問(wèn)題往往和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的使用方式和形態(tài)有關(guān)。而設(shè)置事務(wù)的隔離級(jí)別，就是根據(jù)不同的場(chǎng)景來(lái)解決以上問(wèn)題。比如上面所說(shuō)的丟失更新問(wèn)題，隔離級(jí)別中SELECT…FOR UPDATE即帶有更新意圖讀的時(shí)候，步驟1、2都是要上寫(xiě)鎖的，避免丟失更新的問(wèn)題。下面詳解數(shù)據(jù)庫(kù)的隔離級(jí)別及其加鎖方式。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)的隔離級(jí)別及其加鎖方式

① SQL標(biāo)準(zhǔn)定義的四個(gè)隔離級(jí)別

READ UNCOMMITTED：未提交讀。事務(wù)可以看到其他事務(wù)所有未提交的數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)不加鎖;

READ COMMITTED：提交讀。事務(wù)只可以看到其他事務(wù)已經(jīng)提交的數(shù)據(jù);

REPEATABLE READ：重復(fù)度。鎖定事務(wù)引用的符合檢索條件的部分行，其他事務(wù)不可修改這些行，但可執(zhí)行INSERT操作。即可能出現(xiàn)幻讀;

SERIALIZABLE：可串行化。強(qiáng)制的進(jìn)行排序，在每個(gè)讀數(shù)據(jù)行上添加鎖，所有事務(wù)依次逐個(gè)執(zhí)行，事務(wù)之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。事務(wù)提交后釋放鎖。會(huì)導(dǎo)致大量超時(shí)現(xiàn)象和鎖競(jìng)爭(zhēng)。

② 四種隔離級(jí)別會(huì)導(dǎo)致的問(wèn)題

隔離級(jí)別臟讀不可重復(fù)讀幻讀

READ UNCOMMITTED√√√

READ COMMITTED×√√

REPEATABLE READ××√

SERIALIZABLE×××

③ 數(shù)據(jù)庫(kù)中的隔離級(jí)別

DB2中的隔離級(jí)別：

CS（Cursor Stability）：游標(biāo)穩(wěn)定性。逐行鎖定數(shù)據(jù)，該行數(shù)據(jù)未修改時(shí)，鎖定解除，繼續(xù)加鎖讀取下一行，該行數(shù)據(jù)有修改時(shí)，則該行鎖定持續(xù)到事務(wù)終止。CS的程序不能查看其他程序未COMMIT的更改。

CS提供了最大的并發(fā)性。但同一事務(wù)同一游標(biāo)被處理兩次，可能返回不同的結(jié)果，即不可重復(fù)度;CS程序讀取的行上有任何可更新游標(biāo)時(shí)，其他任何應(yīng)用程序都不能更新或刪除該行。

CS是DB2默認(rèn)的隔離級(jí)別。在需要最大并行性但只能看到其他程序已COMMIT的數(shù)據(jù)時(shí)使用。

RR（Repeatable Read）：可重復(fù)讀。RR會(huì)鎖定事務(wù)引用的所有行，直到COMMIT。其他程序不能修改該數(shù)據(jù)，如果一條數(shù)據(jù)被訪問(wèn)兩次，返回相同的結(jié)果。

RR是最高隔離級(jí)別，可以最好的保證數(shù)據(jù)一致性，但是大量鎖定數(shù)據(jù)，會(huì)導(dǎo)致并發(fā)度大大降低，同時(shí)有可能超過(guò)系統(tǒng)定義的持有鎖數(shù)量的限制。

相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)定義隔離級(jí)別中的SERIALIZABLE相比，上鎖范圍一致。

RS（Read Stability）：讀穩(wěn)定性。RS會(huì)鎖定事務(wù)引用的所有行中符合檢索條件的部分行。其他程序不可修改，但可執(zhí)行INSERT操作，所以同一事務(wù)中，如果數(shù)據(jù)被訪問(wèn)兩次可能返回新插入的數(shù)據(jù)，即幻讀，但是舊數(shù)據(jù)不會(huì)有改變。

相比RR，RS鎖定數(shù)據(jù)的數(shù)量大大減少，并發(fā)度得到提升。比較適合在并發(fā)環(huán)境下運(yùn)行，但只適合在同一事物中不會(huì)多次發(fā)出相同查詢(xún)，或不要求相同查詢(xún)獲得相同結(jié)果的程序，避免發(fā)生幻讀。

DB2的RS和標(biāo)準(zhǔn)定義隔離級(jí)別中的REPEATABLE READ（重復(fù)讀）類(lèi)似，避免了臟讀，但是會(huì)出現(xiàn)幻讀問(wèn)題。

UR（Uncommitted Read）：未提交讀，也就是“臟”讀。UR不會(huì)加任何鎖，可以讀數(shù)據(jù)庫(kù)中的任何數(shù)據(jù)，包含已修改但未COMMIT的數(shù)據(jù)。讀的數(shù)據(jù)可能與真實(shí)的數(shù)據(jù)有一定差距。

UR級(jí)別最常用于只讀表上的查詢(xún)，或者只執(zhí)行查詢(xún)且不關(guān)心能否讀到其他程序未COMMIT的數(shù)據(jù)時(shí)常用。

UR相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)定義隔離級(jí)別中的READ UNCOMMITTED（未提交讀）。

MySQL支持標(biāo)準(zhǔn)定義的四種隔離級(jí)別，默認(rèn)的隔離級(jí)別為REPEATABLE READ（重復(fù)度），但是與標(biāo)準(zhǔn)SQL不同的是，MySQL的InnoDB存儲(chǔ)引擎在REPEATABLE READ的隔離級(jí)別下，使用Next-Key Lock（鎖定一個(gè)范圍，并鎖定記錄本身），因此避免幻讀的產(chǎn)生。所以說(shuō)InnoDB存儲(chǔ)引擎在REPEATABLE READ的隔離級(jí)別下已經(jīng)能保證事務(wù)的隔離性要求，即達(dá)到SQL標(biāo)準(zhǔn)的SERIALIZABLE隔離級(jí)別。

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)支持READ COMMITTED（提交讀）和SERIALIZABLE這兩種事務(wù)隔離級(jí)別。默認(rèn)的隔離級(jí)別是READ COMMITTED（提交讀）。

二、鎖

事務(wù)隔離級(jí)別是并發(fā)控制的整體解決方案，其實(shí)際上是綜合利用各種類(lèi)型的鎖和行版本控制來(lái)解決并發(fā)問(wèn)題。

這里我們主要看數(shù)據(jù)庫(kù)中的基本鎖。

1、鎖的類(lèi)型

S-LOCK：共享鎖。又叫讀鎖，當(dāng)用戶(hù)要進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)加上共享鎖。共享鎖可以同時(shí)加多個(gè);

X-LOCK：排他鎖。又叫寫(xiě)鎖。SQL INSERT/UPDATE/DELETE語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)會(huì)上X-LOCK。排他鎖只可以加一個(gè)，和其他的排他鎖共享鎖都相斥;

U-LOCK：修改鎖。CURSOR SELECT 有UPDATE OF 子句時(shí)，F(xiàn)ETCH時(shí)對(duì)讀出的記錄，會(huì)上U-LOCK。

DB2、MySQL、Oracle都支持S-LOCK和X-LOCK，DB2還支持U-LOCK。

2、事務(wù)隔離級(jí)別中讀數(shù)據(jù)時(shí)的鎖類(lèi)型

如上，數(shù)據(jù)庫(kù)在各種隔離級(jí)別下，SQL執(zhí)行INSERT/UPDATE/DELETE語(yǔ)句時(shí)都會(huì)上X-LOCK，那么在讀數(shù)據(jù)時(shí)如何上鎖呢？

DB2和MySQL在Uncommitted Read隔離級(jí)別下，不加任何鎖。

1）DB2

DB2在另外三種CS、RR、RS隔離級(jí)別時(shí)，SELECT語(yǔ)句，或CURSOR SELECT無(wú)UPDATE OF子句，F(xiàn)ETCH時(shí)對(duì)讀出的記錄會(huì)上S-LOCK，不同的是，CS在讀取下一行數(shù)據(jù)時(shí)就釋放上一行的鎖，RR、RS在事務(wù)提交時(shí)才釋放鎖;SELET…FOR UPDATE對(duì)讀取的數(shù)據(jù)都是加U鎖，CS在讀取下一行數(shù)據(jù)時(shí)就釋放上一行的鎖，RR、RS在事務(wù)提交時(shí)才釋放鎖;INSERT/UPDATE/DELETE語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)會(huì)上X-LOCK，CS、RR、RS都是在事務(wù)提交時(shí)才釋放X鎖，其他事務(wù)不能對(duì)已鎖定的行加任何鎖。

2）MySQL

MySQL的InnoDB在隔離級(jí)別READ COMMITED 和 REPEATABLE READ（MySQL的默認(rèn)隔離級(jí)別）下SELECT時(shí)不上鎖，即MySQL中的一致性非鎖定讀;只有指定SELECT…LOCK IN SHARE MOAD才對(duì)記錄上S-LOCK，SERIALIZABLE隔離級(jí)別下SELECT對(duì)記錄上S-LOCK;三種隔離級(jí)別下，SELET…FOR UPDATE對(duì)讀取的數(shù)據(jù)都是加X(jué)鎖，在MySQL中叫做一致性鎖定讀。

3）Oracle

Oracle中只支持READ COMMITED和SERIALIZABLE隔離級(jí)別。這兩種隔離級(jí)別下的鎖機(jī)制和InnoDB一致。Oracle中不需要READ UNCOMMITTED隔離級(jí)別，是因?yàn)镽EAD UNCOMMITTED主要功能是提高只讀時(shí)的并發(fā)性，而Oracle在READ COMMITED隔離級(jí)別下使用一致性非鎖定讀也有同樣的功能。

3、一致性非鎖定讀

隔離級(jí)別READ COMMITED 和 REPEATABLE READ（MySQL的默認(rèn)隔離級(jí)別）都使用一致性非鎖定讀， SELECT時(shí)不上鎖，那么如何保證事務(wù)的隔離性呢？這兩種隔離級(jí)別采用快照數(shù)據(jù)的方式保證隔離性。讀取時(shí)對(duì)于上了X鎖的數(shù)據(jù)，都會(huì)去讀取行的一個(gè)快照數(shù)據(jù)?？煺諗?shù)據(jù)是指該行的之前版本的數(shù)據(jù)，通過(guò)undo段實(shí)現(xiàn)。而undo段用來(lái)在事務(wù)中回滾數(shù)據(jù)，因此快照數(shù)據(jù)本身沒(méi)有額外的開(kāi)銷(xiāo)。

READ COMMITED 和 REPEATABLE READ兩種隔離級(jí)別在讀快照數(shù)據(jù)時(shí)的區(qū)別是，RC總是讀取最新的快照數(shù)據(jù)，所以可能會(huì)發(fā)生不可重復(fù)讀，即第二次讀取的數(shù)據(jù)和第一次不一致;而RR總是讀取事務(wù)開(kāi)始時(shí)的快照，所以不會(huì)發(fā)生不可重復(fù)度。

非鎖定讀機(jī)制不會(huì)等待行上X鎖的釋放，極大的提高了數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)性。是InnoDB的默認(rèn)讀取方式。

三、小結(jié)

并發(fā)控制在保證數(shù)據(jù)一致性的前提下提供最大的并發(fā)性，而保證數(shù)據(jù)一致性的前提就是保證事務(wù)的隔離性，事務(wù)的隔離性和并發(fā)性是成反比的，隔離級(jí)別越高，并發(fā)性越低。所以程序要視并發(fā)性和隔離性的輕重選擇隔離級(jí)別。