深入探究数据库事务隔离级别的作用与实现 (数据库的事务隔离级别)

随着现代科技的飞速发展，越来越多的数据需要被处理。为了保证数据的准确性和一致性，数据库系统中引入了事务。而随着事务变得越来越复杂，它们之间的交互也变得越来越复杂，这时就需要事务的隔离级别来确保管理。

本文将深入探究数据库事务隔离级别的作用和实现，包括四个隔离级别的原理和特点，并讨论其的应用场景和如何提高其性能。

事务和隔离级别

事务是指一系列操作被认为是一个逻辑上的单元，这些操作要么全部执行成功，要么全部失败回滚。在数据库中，事务支持如下四个属性：

原子性：事务是不可分割的，即所有操作要么全部提交，要么全部回滚。

一致性：事务执行前后，数据库应保持一致状态。

隔离性：不同的事务应该彼此独立，互不干扰。

持久性：一旦事务提交，对数据库所做的更改就应该被永久保存在数据库中。

我们主要关注第三个属性隔离性，事务隔离级别指的是事务与其他事务之间的隔离程度。标准的SQL定义了四个隔离级别，分别是：

1. 读未提交：允许另一个事务读取另一个事务未提交的变更，这可能导致不可重复读，幻读等错误。

2. 读已提交：只允许读取已提交的数据，避免了不可重复读，但仍可能出现幻读。

3. 可重复读：读出在一个事务开始时就已经存在的数据，从而避免了幻读。

4. 串行化：完全隔离了各个事务，可以避免以上所有问题，但同时极大的降低了性能。

隔离级别的实现

标准层面上，数据库实现隔离级别具体采用的是两种方式，一种是加锁，另一种是MVCC（多版本并发控制）。

通过加锁实现隔离

加锁实现隔离是指事务里如果要读取数据，那么就会申请读锁；而如果要修改数据，就需要申请写锁。在加锁的情况下，读锁和读锁之间互不影响，读锁和写锁之间阻塞，写锁和写锁之间也阻塞。

读未提交的实现方式比较简单：不需要加锁，原来的事务可以直接读写，但需要在提交之前检查是否有其他事务在读取它所要修改的数据。另外三个隔离级别都需要加锁。

读已提交下，先获取读锁，读完后马上释放锁。写操作需要先获取写锁，写完后释放。因为只需要读取已提交的数据，所以读才采用读锁，而写操作必须互斥，所以使用写锁。

可重复读下，写和读都需要使用行级锁，在整个事务生命周期内保持锁定状态。

串行化下，读和写都需要使用行级写锁，在整个事务生命周期内保持锁定状态。

通过MVCC实现隔离

MVCC指的是多版本并发控制，它可以使每个事务获得可读的副本而不是争用资源。

读未提交下，每个事务都往数据库里添加新版本。不同的事务之间并不知道其他事务添加了什么版本，它还在读取旧版本的数据。这样会导致了不可重复读等问题的发生。

读已提交下，在读取任何记录的时候，事务只看到已提交的版本。在修改某个记录的时候，生成一个新版本。其他正在执行的事务不能读取新版本，只能看到旧版本。在读到了一个数据副本后，它就要保证这个副本和它在事务开始时读取到的数据一致。

可重复读下，每个语句在执行时，读取相同的数据规定要读取相同版本号的数据，因此不可能出现幻读问题。

串行化下，每个事务采用独立的时间戳。在读取数据时，只看那些在该时间戳之前提交的事务版本。

应用场景

不同的隔离级别适用于不同的应用场景，不同的业务需求需要不同的隔离级别来保证数据可靠性和性能。具体的场景如下。

在高并发的读写操作下，使用读未提交可以获得更高的并发性和最少的锁，但由于事务之间干扰的可能性较大，所以不适用于实现数据一致性强的场景。

在低并发的读写操作下，使用读已提交和可重复读可以获得很高的数据一致性和并发性，但可重复读的锁持有时间较长，可能会导致锁等待过长。

对于强一致性要求较高的事务场景，可以使用串行化隔离级别，从而保证完全的隔离性和一致性。但串行化将更大化锁的使用，也会对性能产生较大的影响。

如何提高性能

为了提高隔离级别的性能，可以采用以下策略：

1. 选择更低的隔离级别，但要注意控制并发。

2. 减少事务并行处理的时间，从而降低每个事务的时间持有。

3. 应用输出缓冲，将所有修改操作放到缓冲区里，这样客户端就可以立即处理，而事务不需要等到操作完成后才返回，从而略微降低了事务的等待时间。

结论

通过对数据库事务隔离级别的分析和探讨，我们可以发现不同的隔离级别应用于不同的场景下。隔离级别通过加锁和MVCC机制来保证数据一致性，但不同的实现方式对性能产生不同的影响。为了更大限度地提高性能，需要针对具体应用场景确定最适合的隔离级别，并采取相关策略来提高其性能。