数据库事务、并发问题及隔离级别
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一、什么是事务
我们学习数据库，经常看到数据库事务，ACID事务等相关的概念，抛开数据库，可以将事务更广泛的定义为：一个或多个原子操作组合而成的执行单元。更通俗的讲，就是将几件小事或是几个步骤捆绑起来作为一个整体来处理对待。
而数据库事务，即一条或多条不可再分的数据操作指令组合而成的执行单元。一个标准的、合格的数据库事务，应该需要满足四个特性，即原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability），这也就是所称的ACID事务。
- 原子性（Atomicity）
原子性就是指的一个事务是一个整体，是不可再分的，事务中的所有指令要么都执行成功，要么都不执行。比如常见的各种闯关游戏，你要么一路不死闯关成功，要么中途死了从头再来。 - 一致性（Consistency）
一致性指的是一个事务执行，会将数据从一个一致性状态，变为另一个一致性状态。所谓的一致性状态，我更愿意理解为一个应该是的状态、一个符合现实逻辑关系的正确的状态。比如"我们两个各有一块糖"，执行一个事务"我抢了你一块糖"，就理应是变为"我有两块糖，你没有糖"这个状态，这前后就是两个一致性状态。若结果变为了"我没有糖，你有两块糖"或是其他，那就自然违背了一致性了。 - 隔离性（Isolation）
隔离性是指当多个事务并发执行时，是互不影响的，即需要保证多个事务并发执行的结果，要与串行执行的结果相同。还是闯关游戏的例子，我们两个同时在两台电脑上各自闯关，我的闯关过程和闯关结果对你应该是丝毫没有影响的，不会因为我闯关成功而给你增加难度。而隔离性主要是为了解决事务引发的并发问题，下文将有介绍。 - 持久性（Durability）
持久性指的是事务提交后对数据库的更新是不可逆的、持久化的，即使系统故障发生，也不会造成数据丢失。仍是闯关游戏，我闯关成功就是闯关成功，不会我明天登录游戏又回到了起点。
在四个事务特性中，数据的一致性是最关键的，保证数据的一致性是一个数据库最基本的要求，同时也是事务这一个概念出现的一个重要原因，更是衡量一个事务是否合格的最重要的标准，也是事务最根本的追求。而影响事务一致性的因素主要有事务并发问题和数据库系统故障。说到底，其他三个特性，都是服务于保证数据一致性而存在的。
二、为什么要使用事务
事务的出现必然是为了解决某一问题。在使用DML（数据库操作语言）或DDL（数据库定义语言）使，多数情况下对数据的修改不是局限于一条记录或是一张数据表的。
试想这么一个简单的图书馆借阅情景：A同学借了一本书a，在数据库中我们要有必要的两步操作，一是插入一条A借阅书a的记录，二是把书a的库存减一。
假若没有事务，执行了第一个操作后，系统忽然出现故障没能成功执行第二个操作，这样导致的结果是A借到了书a，但图书馆中书a的库存却没有减少，是不符合逻辑，打破了数据的一致性原则。
简单来讲，事务的出现就是将这两个步骤捆绑在一起，实现的效果是：要么两个步骤都执行成功，要么都不执行。从而保证了数据的一致性。对于事务的使用，这里引出两个概念，一个叫事务的提交，即在事务成功执行后提交结束事务；一个叫事务的回滚，即在事务执行过程中某个操作出现问题，恢复到事务执行之前的那个一致性状态。
而事务的出现，也带来了不少事务并发问题，解决这些问题和追求ACID事务的目标是一致的。
三、事务并发问题
事务带来的并发问题常见的有以下四种情况
1、脏写
脏写是指两个事务A、B，A更新数据还未提交，B也来更新数据。对于A来讲，最终的数据不是自己想要更新的值。
脏写问题使用行级排它锁即可解决，在一条记录被一个事务更新时，另外的事务是无法更新这条事务的。所以不再详述。
2、脏读
脏读是至两个事务A、B，A读取了B更新尚未提交的内容，B事务回滚，导致A读取的内容错误。如图：
3、不可重复读
不可重复读是指两个事务A、B，A读取一个字段，B更新了这个字段，A再读取一次这个字段，两次读取的结果不同。如图
4、幻读
幻读是指两个事务A、B，A读取一个字段的行数，B插入或删除了某些记录，A再读取这个字段的行数，行数不同了。如图
不可重复读和幻读问题十分相似，不可重复读是并发事务B的UPDATE操作对事务A带来的问题，幻读是并发事务B的INSERT和DELETE操作对事务A带来的问题。
四、事务的隔离级别
为了解决事务的并发问题，相应出现了SQL的隔离级别规范的概念。一般的，常见的隔离级别有以下四种，它们可以不同程度的解决事务的并发问题。
1、读未提交（READ UNCOMMITTED）
允许事务A读取事务B未提交的更新。自然，事务的并发工作流程是与以上三幅图片所示的流程一样的，脏读、不可重复读、幻读问题均不可实现。
2、读已提交（READ COMMITTED）
只允许事务A读取事务B已经提交的更新。若B事务更改某条记录未结束（提交或回滚），A事务读取相应记录会阻塞至B事务结束。在个隔离级别下，脏读问题图示会变为：
3、可重复读（REPEATABLE READ）
A事务读取某个字段，在A事务操作期间，禁止B事务对该字段的更新。可重复读解决事务的不可重复读问题，这样，流程图变为：
4、串行化（SERIALIZABLE）
串行化即舍弃事务的并发处理能力，将所有事务串行执行，这样虽然避免了所有的并发问题，但性能效率实在太低，一般不用。
四个隔离级别解决并发问题总结如下：
| 隔离级别 | 解决脏写 | 解决脏读 | 解决不可重复读 | 解决幻读 |
|---|---|---|---|---|
| 读未提交 READ UNCOMMITTED |
是 | 否 | 否 | 否 |
| 读已提交 READ COMMITTED |
是 | 是 | 否 | 否 |
| 可重复读 REPEATABLE READ |
是 | 是 | 是 | 否 |
| 串行化 SERIALIZABLE |
是 | 是 | 是 | 是 |
四个隔离级别解决问题程度的递增，是用牺牲数据库的并发性能来得到的，如串行化级别，解决了所有的并发问题，但却没有任何并发能力。所以需要根据实际业务情况选择合适的隔离级别。
还需要清楚，四个隔离级别只是SQL给出的规范，包括前面所讲的ACID事务的实现，每个数据库存储引擎对这些的实现技术都是不同的，所有引擎都在追求更高的隔离级别下的更高的并发能力。比如MySQL默认使用的InnoDB引擎，使用MVCC技术在可重复读级别下，不用阻塞事务B的写操作就可以解决不可重复读甚至是幻读问题。