高频 | MySQL 事务隔离级别和锁的机制可以这么答

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  • 案例背景

  • MySQL 隔离级别

  • 案例分析

  • 案例解答

  • 死锁产生的四个必要条件:


案例背景

MySQL 的事务隔离级别(Isolation Level),是指:当多个线程操作数据库时,数据库要负责隔离操作,来保证各个线程在获取数据时的准确性。它分为四个不同的层次,按隔离水平高低排序,读未提交 < 读已提交 < 可重复度 < 串行化。

MySQL 隔离级别

  • 读未提交(Read uncommitted):隔离级别最低、隔离度最弱,脏读、不可重复读、幻读三种现象都可能发生。所以它基本是理论上的存在,实际项目中没有人用,但性能最高。

  • 读已提交(Read committed):它保证了事务不出现中间状态的数据,所有数据都是已提交且更新的,解决了脏读的问题。但读已提交级别依旧很低,它允许事务间可并发修改数据,所以不保证再次读取时能得到同样的数据,也就是还会存在不可重复读、幻读的可能。

  • 可重复读(Repeatable reads):MySQL InnoDB 引擎的默认隔离级别,保证同一个事务中多次读取数据的一致性,解决脏读和不可重复读,但仍然存在幻读的可能。

  • 可串行化(Serializable):选择“可串行化”意味着读取数据时,需要获取共享读锁;更新数据时,需要获取排他写锁;如果 SQL 使用 WHERE 语句,还会获取区间锁。换句话说,事务 A 操作数据库时,事务 B 只能排队等待,因此性能也最低。

至于数据库锁,分为悲观锁和乐观锁,“悲观锁”认为数据出现冲突的可能性很大,“乐观锁”认为数据出现冲突的可能性不大。那悲观锁和乐观锁在基于 MySQL 数据库的应用开发中,是如何实现的呢?

  • 悲观锁一般利用 SELECT … FOR UPDATE 类似的语句,对数据加锁,避免其他事务意外修改数据。

  • 乐观锁利用 CAS 机制,并不会对数据加锁,而是通过对比数据的时间戳或者版本号,实现版本判断。

案例分析

如果面试官想深挖候选人对数据库内部机制的掌握程度,切入点一般是 MySQL 的事务和锁机制。接下来,我就从初中级研发工程师的角度出发,从概念到实践,带你掌握“MySQL 事务和锁机制”的高频考点:

举例说明什么是脏读、不可重复度和幻读(三者虽然基础,但很多同学容易弄混)?

MySQL 是怎么解决脏读、不可重复读,和幻读问题的?

你怎么理解死锁?

……

案例解答

怎么理解脏读、不可重复读和幻读?

脏读:读到了未提交事务的数据。

事务并发时的“脏读”现象

假设有 A 和 B 两个事务,在并发情况下,事务 A 先开始读取商品数据表中的数据,然后再执行更新操作,如果此时事务 A 还没有提交更新操作,但恰好事务 B 开始,然后也需要读取商品数据,此时事务 B 查询得到的是刚才事务 A 更新后的数据。

如果接下来事务 A 触发了回滚,那么事务 B 刚才读到的数据就是过时的数据,这种现象就是脏读。

“脏读”面试关注点:

  1. 脏读对应的隔离级别是“读未提交”,只有该隔离级别才会出现脏读。

  2. 脏读的解决办法是升级事务隔离级别,比如“读已提交”。

不可重复读: 事务 A 先读取一条数据,然后执行逻辑的过程中,事务 B 更新了这条数据,事务 A 再读取时,发现数据不匹配,这个现象就是“不可重复读”。

事务并发时的“不可重复读”现象

“不可重复读”面试关注点:

简单理解是两次读取的数据中间被修改,对应的隔离级别是“读未提交”或“读已提交”。

不可重复读的解决办法就是升级事务隔离级别,比如“可重复度”。

幻读: 在一个事务内,同一条查询语句在不同时间段执行,得到不同的结果集。

事务并发时的“幻读”现象

事务 A 读了一次商品表,得到最后的 ID 是 3,事务 B 也同样读了一次,得到最后 ID 也是 3。接下来事务 A 先插入了一行,然后读了一下最新的 ID 是 4,刚好是前面 ID 3 加上 1,然后事务 B 也插入了一行,接着读了一下最新的 ID 发现是 5,而不是 3 加 1。

这时,你发现在使用 ID 做判断或做关键数据时,就会出现问题,这种现象就像是让事务 B 产生了幻觉一样,读取到了一个意想不到的数据,所以叫幻读。当然,不仅仅是新增,删除、修改数据也会发生类似的情况。

“幻读”面试关注点:

要想解决幻读不能升级事务隔离级别到“可串行化”,那样数据库也失去了并发处理能力。

行锁解决不了幻读,因为即使锁住所有记录,还是阻止不了插入新数据。

解决幻读的办法是锁住记录之间的“间隙”,为此 MySQL InnoDB 引入了新的锁,叫间隙锁(Gap Lock),所以在面试中,你也要掌握间隙锁,以及间隙锁与行锁结合的 next-key lock 锁。

怎么理解死锁

除了事务隔离级别,很多同学在面试时,经常会被面试官直奔主题地问:“谈谈你对死锁的理解”。要回答这样开放的问题,你就要在脑海中梳理出系统化的回答思路:死锁是如何产生的,如何避免死锁。

死锁一般发生在多线程(两个或两个以上)执行的过程中。因为争夺资源造成线程之间相互等待,这种情况就产生了死锁。我在 06 讲也提到了死锁,但是并没有讲它产生的原因以及怎么避免,所以接下来我们就来了解这部分内容。

线程死锁

比如你有资源 1 和 2,以及线程 A 和 B,当线程 A 在已经获取到资源 1 的情况下,期望获取线程 B 持有的资源 2。与此同时,线程 B 在已经获取到资源 2 的情况下,期望获取现场 A 持有的资源 1。

那么线程 A 和线程 B 就处理了相互等待的死锁状态,在没有外力干预的情况下,线程 A 和线程 B 就会一直处于相互等待的状态,从而不能处理其他的请求。

死锁产生的四个必要条件:

互斥:多个线程不能同时使用一个资源。比如线程 A 已经持有的资源,不能再同时被线程 B 持有。如果线程 B 请求获取线程 A 已经占有的资源,那线程 B 只能等待这个资源被线程 A 释放。

持有并等待:当线程 A 已经持有了资源 1,又提出申请资源 2,但是资源 2 已经被线程 C 占用,所以线程 A 就会处于等待状态,但它在等待资源 2 的同时并不会释放自己已经获取的资源 1。

不可剥夺:线程 A 获取到资源 1 之后,在自己使用完之前不能被其他线程(比如线程 B)抢占使用。如果线程 B 也想使用资源 1,只能在线程 A 使用完后,主动释放后再获取。

循环等待:发生死锁时,必然会存在一个线程,也就是资源的环形链。比如线程 A 已经获取了资源 1,但同时又请求获取资源 2。线程 B 已经获取了资源 2,但同时又请求获取资源 1,这就会形成一个线程和资源请求等待的环形图。

死锁只有同时满足互斥、持有并等待、不可剥夺、循环等待时才会发生。并发场景下一旦死锁,一般没有特别好的方法,很多时候只能重启应用。因此,最好是规避死锁,那么具体怎么做呢?答案是:至少破坏其中一个条件(互斥必须满足,你可以从其他三个条件出发)。

  • 持有并等待:我们可以一次性申请所有的资源,这样就不存在等待了。

  • 不可剥夺:占用部分资源的线程进一步申请其他资源时,如果申请不到,可以主动释放它占有的资源,这样不可剥夺这个条件就破坏掉了。

  • 循环等待:可以靠按序申请资源来预防,也就是所谓的资源有序分配原则,让资源的申请和使用有线性顺序,申请的时候可以先申请资源序号小的,再申请资源序号大的,这样的线性化操作就自然就不存在循环了。




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来源: bigsai