如何優(yōu)雅地回答 MySQL 的事務(wù)隔離級別和鎖的機(jī)制？

• 案例背景

• MySQL 隔離級別

• 案例分析

• 案例解答

• 死鎖產(chǎn)生的四個(gè)必要條件:

案例背景

MySQL 的事務(wù)隔離級別（Isolation Level），是指：當(dāng)多個(gè)線程操作數(shù)據(jù)庫時(shí)，數(shù)據(jù)庫要負(fù)責(zé)隔離操作，來保證各個(gè)線程在獲取數(shù)據(jù)時(shí)的準(zhǔn)確性。它分為四個(gè)不同的層次，按隔離水平高低排序，讀未提交 < 讀已提交 < 可重復(fù)度 < 串行化。

MySQL 隔離級別

• 讀未提交（Read uncommitted）：隔離級別最低、隔離度最弱，臟讀、不可重復(fù)讀、幻讀三種現(xiàn)象都可能發(fā)生。所以它基本是理論上的存在，實(shí)際項(xiàng)目中沒有人用，但性能最高。

• 讀已提交（Read committed）：它保證了事務(wù)不出現(xiàn)中間狀態(tài)的數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)都是已提交且更新的，解決了臟讀的問題。但讀已提交級別依舊很低，它允許事務(wù)間可并發(fā)修改數(shù)據(jù)，所以不保證再次讀取時(shí)能得到同樣的數(shù)據(jù)，也就是還會存在不可重復(fù)讀、幻讀的可能。

• 可重復(fù)讀（Repeatable reads）：MySQL InnoDB 引擎的默認(rèn)隔離級別，保證同一個(gè)事務(wù)中多次讀取數(shù)據(jù)的一致性，解決臟讀和不可重復(fù)讀，但仍然存在幻讀的可能。

• 可串行化（Serializable）：選擇“可串行化”意味著讀取數(shù)據(jù)時(shí)，需要獲取共享讀鎖；更新數(shù)據(jù)時(shí)，需要獲取排他寫鎖；如果 SQL 使用 WHERE 語句，還會獲取區(qū)間鎖。換句話說，事務(wù) A 操作數(shù)據(jù)庫時(shí)，事務(wù) B 只能排隊(duì)等待，因此性能也最低。

至于數(shù)據(jù)庫鎖，分為悲觀鎖和樂觀鎖，“悲觀鎖”認(rèn)為數(shù)據(jù)出現(xiàn)沖突的可能性很大，“樂觀鎖”認(rèn)為數(shù)據(jù)出現(xiàn)沖突的可能性不大。那悲觀鎖和樂觀鎖在基于 MySQL 數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用開發(fā)中，是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

• 悲觀鎖一般利用 SELECT … FOR UPDATE 類似的語句，對數(shù)據(jù)加鎖，避免其他事務(wù)意外修改數(shù)據(jù)。

• 樂觀鎖利用 CAS 機(jī)制，并不會對數(shù)據(jù)加鎖，而是通過對比數(shù)據(jù)的時(shí)間戳或者版本號，實(shí)現(xiàn)版本判斷。

案例分析

如果面試官想深挖候選人對數(shù)據(jù)庫內(nèi)部機(jī)制的掌握程度，切入點(diǎn)一般是 MySQL 的事務(wù)和鎖機(jī)制。接下來，我就從初中級研發(fā)工程師的角度出發(fā)，從概念到實(shí)踐，帶你掌握“MySQL 事務(wù)和鎖機(jī)制”的高頻考點(diǎn)：

舉例說明什么是臟讀、不可重復(fù)度和幻讀（三者雖然基礎(chǔ)，但很多同學(xué)容易弄混）？

MySQL 是怎么解決臟讀、不可重復(fù)讀，和幻讀問題的？

你怎么理解死鎖？

……

案例解答

怎么理解臟讀、不可重復(fù)讀和幻讀？

臟讀：讀到了未提交事務(wù)的數(shù)據(jù)。

事務(wù)并發(fā)時(shí)的“臟讀”現(xiàn)象

假設(shè)有 A 和 B 兩個(gè)事務(wù)，在并發(fā)情況下，事務(wù) A 先開始讀取商品數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)，然后再執(zhí)行更新操作，如果此時(shí)事務(wù) A 還沒有提交更新操作，但恰好事務(wù) B 開始，然后也需要讀取商品數(shù)據(jù)，此時(shí)事務(wù) B 查詢得到的是剛才事務(wù) A 更新后的數(shù)據(jù)。

如果接下來事務(wù) A 觸發(fā)了回滾，那么事務(wù) B 剛才讀到的數(shù)據(jù)就是過時(shí)的數(shù)據(jù)，這種現(xiàn)象就是臟讀。

“臟讀”面試關(guān)注點(diǎn)：

1. 臟讀對應(yīng)的隔離級別是“讀未提交”，只有該隔離級別才會出現(xiàn)臟讀。

2. 臟讀的解決辦法是升級事務(wù)隔離級別，比如“讀已提交”。

不可重復(fù)讀： 事務(wù) A 先讀取一條數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行邏輯的過程中，事務(wù) B 更新了這條數(shù)據(jù)，事務(wù) A 再讀取時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不匹配，這個(gè)現(xiàn)象就是“不可重復(fù)讀”。

事務(wù)并發(fā)時(shí)的“不可重復(fù)讀”現(xiàn)象

“不可重復(fù)讀”面試關(guān)注點(diǎn)：

簡單理解是兩次讀取的數(shù)據(jù)中間被修改，對應(yīng)的隔離級別是“讀未提交”或“讀已提交”。

不可重復(fù)讀的解決辦法就是升級事務(wù)隔離級別，比如“可重復(fù)度”。

幻讀: 在一個(gè)事務(wù)內(nèi)，同一條查詢語句在不同時(shí)間段執(zhí)行，得到不同的結(jié)果集。

事務(wù)并發(fā)時(shí)的“幻讀”現(xiàn)象

事務(wù) A 讀了一次商品表，得到最后的 ID 是 3，事務(wù) B 也同樣讀了一次，得到最后 ID 也是 3。接下來事務(wù) A 先插入了一行，然后讀了一下最新的 ID 是 4，剛好是前面 ID 3 加上 1，然后事務(wù) B 也插入了一行，接著讀了一下最新的 ID 發(fā)現(xiàn)是 5，而不是 3 加 1。

這時(shí)，你發(fā)現(xiàn)在使用 ID 做判斷或做關(guān)鍵數(shù)據(jù)時(shí)，就會出現(xiàn)問題，這種現(xiàn)象就像是讓事務(wù) B 產(chǎn)生了幻覺一樣，讀取到了一個(gè)意想不到的數(shù)據(jù)，所以叫幻讀。當(dāng)然，不僅僅是新增，刪除、修改數(shù)據(jù)也會發(fā)生類似的情況。

“幻讀”面試關(guān)注點(diǎn)：

要想解決幻讀不能升級事務(wù)隔離級別到“可串行化”，那樣數(shù)據(jù)庫也失去了并發(fā)處理能力。

行鎖解決不了幻讀，因?yàn)榧词规i住所有記錄，還是阻止不了插入新數(shù)據(jù)。

解決幻讀的辦法是鎖住記錄之間的“間隙”，為此 MySQL InnoDB 引入了新的鎖，叫間隙鎖（Gap Lock），所以在面試中，你也要掌握間隙鎖，以及間隙鎖與行鎖結(jié)合的 next-key lock 鎖。

怎么理解死鎖

除了事務(wù)隔離級別，很多同學(xué)在面試時(shí)，經(jīng)常會被面試官直奔主題地問：“談?wù)勀銓λ梨i的理解”。要回答這樣開放的問題，你就要在腦海中梳理出系統(tǒng)化的回答思路：死鎖是如何產(chǎn)生的，如何避免死鎖。

死鎖一般發(fā)生在多線程（兩個(gè)或兩個(gè)以上）執(zhí)行的過程中。因?yàn)闋帄Z資源造成線程之間相互等待，這種情況就產(chǎn)生了死鎖。我在 06 講也提到了死鎖，但是并沒有講它產(chǎn)生的原因以及怎么避免，所以接下來我們就來了解這部分內(nèi)容。

線程死鎖

比如你有資源 1 和 2，以及線程 A 和 B，當(dāng)線程 A 在已經(jīng)獲取到資源 1 的情況下，期望獲取線程 B 持有的資源 2。與此同時(shí)，線程 B 在已經(jīng)獲取到資源 2 的情況下，期望獲取現(xiàn)場 A 持有的資源 1。

那么線程 A 和線程 B 就處理了相互等待的死鎖狀態(tài)，在沒有外力干預(yù)的情況下，線程 A 和線程 B 就會一直處于相互等待的狀態(tài)，從而不能處理其他的請求。

死鎖產(chǎn)生的四個(gè)必要條件:

互斥：多個(gè)線程不能同時(shí)使用一個(gè)資源。比如線程 A 已經(jīng)持有的資源，不能再同時(shí)被線程 B 持有。如果線程 B 請求獲取線程 A 已經(jīng)占有的資源，那線程 B 只能等待這個(gè)資源被線程 A 釋放。

持有并等待：當(dāng)線程 A 已經(jīng)持有了資源 1，又提出申請資源 2，但是資源 2 已經(jīng)被線程 C 占用，所以線程 A 就會處于等待狀態(tài)，但它在等待資源 2 的同時(shí)并不會釋放自己已經(jīng)獲取的資源 1。

不可剝奪：線程 A 獲取到資源 1 之后，在自己使用完之前不能被其他線程（比如線程 B）搶占使用。如果線程 B 也想使用資源 1，只能在線程 A 使用完后，主動釋放后再獲取。

循環(huán)等待：發(fā)生死鎖時(shí)，必然會存在一個(gè)線程，也就是資源的環(huán)形鏈。比如線程 A 已經(jīng)獲取了資源 1，但同時(shí)又請求獲取資源 2。線程 B 已經(jīng)獲取了資源 2，但同時(shí)又請求獲取資源 1，這就會形成一個(gè)線程和資源請求等待的環(huán)形圖。

死鎖只有同時(shí)滿足互斥、持有并等待、不可剝奪、循環(huán)等待時(shí)才會發(fā)生。并發(fā)場景下一旦死鎖，一般沒有特別好的方法，很多時(shí)候只能重啟應(yīng)用。因此，最好是規(guī)避死鎖，那么具體怎么做呢？答案是：至少破壞其中一個(gè)條件（互斥必須滿足，你可以從其他三個(gè)條件出發(fā)）。

• 持有并等待：我們可以一次性申請所有的資源，這樣就不存在等待了。

• 不可剝奪：占用部分資源的線程進(jìn)一步申請其他資源時(shí)，如果申請不到，可以主動釋放它占有的資源，這樣不可剝奪這個(gè)條件就破壞掉了。

• 循環(huán)等待：可以靠按序申請資源來預(yù)防，也就是所謂的資源有序分配原則，讓資源的申請和使用有線性順序，申請的時(shí)候可以先申請資源序號小的，再申請資源序號大的，這樣的線性化操作就自然就不存在循環(huán)了。