事务与并发
0x01 事务基础
什么是事务？
事务是数据库操作的逻辑单位，它将一系列操作作为一个整体执行，要么全部成功，要么全部失败。
ACID 特性
| 特性 | 说明 | 示例 |
|---|---|---|
| 原子性（Atomicity） | 事务中的操作要么全部成功，要么全部失败 | 转账：扣款和加款必须同时成功或失败 |
| 一致性（Consistency） | 事务前后数据库保持一致状态 | 转账前后总金额不变 |
| 隔离性（Isolation） | 并发事务之间相互隔离 | 两个转账事务互不干扰 |
| 持久性（Durability） | 事务提交后，数据永久保存 | 提交后的数据不会丢失 |
0x02 事务操作
基本事务控制
-- 开始事务
START TRANSACTION; -- MySQL
BEGIN; -- PostgreSQL/通用
-- 执行操作
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
-- 提交事务
COMMIT;
-- 回滚事务
ROLLBACK;
自动提交模式
-- MySQL: 查看自动提交状态
SHOW VARIABLES LIKE 'autocommit';
-- 关闭自动提交
SET autocommit = 0;
-- 开启自动提交
SET autocommit = 1;
-- PostgreSQL: 查看自动提交状态
SHOW autocommit;
保存点（Savepoint）
BEGIN;
-- 第一个操作
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
-- 创建保存点
SAVEPOINT point1;
-- 第二个操作
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
-- 回滚到保存点（撤销第二个操作，保留第一个）
ROLLBACK TO point1;
-- 继续其他操作
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 3;
-- 提交事务
COMMIT;
0x03 并发问题
脏读（Dirty Read）
读取到其他事务未提交的数据：
-- 事务 A
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = 1000 WHERE id = 1;
-- 未提交
-- 事务 B（如果隔离级别允许脏读）
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; -- 可能读到 1000
COMMIT;
-- 事务 A 回滚
ROLLBACK; -- 事务 B 读到的数据是无效的
不可重复读（Non-repeatable Read）
同一事务内，两次读取同一数据得到不同结果：
-- 事务 A
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; -- 读到 500
-- 事务 B 在此时修改并提交
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; -- 可能读到 600
COMMIT;
幻读（Phantom Read）
同一事务内，两次查询得到不同数量的行：
-- 事务 A
BEGIN;
SELECT COUNT(*) FROM accounts WHERE balance > 1000; -- 结果: 5
-- 事务 B 在此时插入新记录并提交
SELECT COUNT(*) FROM accounts WHERE balance > 1000; -- 可能结果: 6
COMMIT;
0x04 隔离级别
隔离级别对比
| 隔离级别 | 脏读 | 不可重复读 | 幻读 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| READ UNCOMMITTED | ✓ | ✓ | ✓ | 最低隔离，性能最好 |
| READ COMMITTED | ✗ | ✓ | ✓ | 多数数据库默认 |
| REPEATABLE READ | ✗ | ✗ | ✓ | MySQL 默认 |
| SERIALIZABLE | ✗ | ✗ | ✗ | 最高隔离，性能最差 |
设置隔离级别
-- MySQL: 查看当前隔离级别
SELECT @@transaction_isolation;
-- MySQL: 设置会话隔离级别
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
-- MySQL: 设置全局隔离级别
SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
-- PostgreSQL: 查看当前隔离级别
SHOW transaction_isolation;
-- PostgreSQL: 设置事务隔离级别（必须在事务开始时设置）
BEGIN TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
各隔离级别示例
-- READ COMMITTED 示例
BEGIN;
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; -- 500
-- 其他事务修改并提交
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; -- 可能 600（不可重复读）
COMMIT;
-- REPEATABLE READ 示例
BEGIN;
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; -- 500
-- 其他事务修改并提交
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; -- 仍然是 500（可重复读）
COMMIT;
-- SERIALIZABLE 示例
BEGIN;
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;
SELECT COUNT(*) FROM accounts WHERE balance > 1000; -- 5
-- 其他事务尝试插入会等待或失败
SELECT COUNT(*) FROM accounts WHERE balance > 1000; -- 仍然是 5
COMMIT;
0x05 锁机制
锁的类型
共享锁（Shared Lock / S Lock）
-- MySQL: 共享锁
BEGIN;
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;
-- 其他事务可以读取，但不能修改
COMMIT;
-- PostgreSQL: 共享锁
BEGIN;
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1 FOR SHARE;
COMMIT;
排他锁（Exclusive Lock / X Lock）
-- MySQL: 排他锁
BEGIN;
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- 其他事务不能读取（除非使用非锁定读）或修改
COMMIT;
-- PostgreSQL: 排他锁
BEGIN;
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE;
COMMIT;
悲观锁与乐观锁
悲观锁
-- 使用 SELECT ... FOR UPDATE 实现悲观锁
BEGIN;
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
COMMIT;
乐观锁
-- 使用版本号实现乐观锁
CREATE TABLE products (
id INT PRIMARY KEY,
name VARCHAR(100),
stock INT,
version INT DEFAULT 1
);
-- 更新时检查版本号
UPDATE products
SET stock = stock - 1, version = version + 1
WHERE id = 1 AND version = 1; -- 如果版本号不匹配，更新失败
死锁处理
-- 死锁示例
-- 事务 A
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = 100 WHERE id = 1; -- 锁定 id=1
UPDATE accounts SET balance = 200 WHERE id = 2; -- 等待事务 B 释放 id=2
COMMIT;
-- 事务 B
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = 200 WHERE id = 2; -- 锁定 id=2
UPDATE accounts SET balance = 100 WHERE id = 1; -- 等待事务 A 释放 id=1（死锁）
COMMIT;
-- 解决方案：按固定顺序访问资源
-- 事务 A 和 B 都先访问 id=1，再访问 id=2
0x06 MVCC 多版本并发控制
MVCC 原理
MVCC（Multi-Version Concurrency Control）通过保存数据的多个版本来实现并发控制，读操作不阻塞写操作，写操作不阻塞读操作。
PostgreSQL MVCC
-- 查看事务 ID
SELECT txid_current();
-- 查看行版本信息
SELECT xmin, xmax, * FROM accounts WHERE id = 1;
-- 创建快照
BEGIN TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
SELECT pg_export_snapshot(); -- 导出快照
MySQL InnoDB MVCC
-- InnoDB 使用 undo log 实现 MVCC
-- 查看当前事务 ID
SELECT trx_id FROM information_schema.innodb_trx
WHERE trx_mysql_thread_id = CONNECTION_ID();
0x07 分布式事务
两阶段提交（2PC）
-- MySQL XA 事务
-- 阶段 1: 准备
XA START 'tx1';
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
XA END 'tx1';
XA PREPARE 'tx1';
-- 阶段 2: 提交/回滚
XA COMMIT 'tx1'; -- 或 XA ROLLBACK 'tx1'
PostgreSQL 两阶段提交
-- 准备事务
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
PREPARE TRANSACTION 'tx1';
-- 提交/回滚
COMMIT PREPARED 'tx1'; -- 或 ROLLBACK PREPARED 'tx1'
0x08 事务最佳实践
事务设计原则
-- 1. 保持事务简短
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
COMMIT; -- 快速提交
-- 2. 避免长事务
-- 不好：事务中包含大量操作或用户交互
BEGIN;
-- 大量操作...
-- 等待用户输入...
COMMIT;
-- 3. 合理使用隔离级别
-- 大多数应用使用 READ COMMITTED 即可
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
错误处理
-- MySQL 存储过程中的事务处理
DELIMITER //
CREATE PROCEDURE transfer_money(IN from_id INT, IN to_id INT, IN amount DECIMAL(10,2))
BEGIN
DECLARE EXIT HANDLER FOR SQLEXCEPTION
BEGIN
ROLLBACK;
SIGNAL SQLSTATE '45000' SET MESSAGE_TEXT = 'Transfer failed';
END;
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - amount WHERE id = from_id;
UPDATE accounts SET balance = balance + amount WHERE id = to_id;
COMMIT;
END //
DELIMITER ;
-- PostgreSQL 错误处理
DO $$
BEGIN
BEGIN
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
EXCEPTION WHEN OTHERS THEN
RAISE NOTICE 'Error occurred: %', SQLERRM;
-- 自动回滚
END;
END $$;
参考
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