34 MySQL调优之事务：高并发场景下的数据库事务调优
你好，我是刘超。
数据库事务是数据库系统执行过程中的一个逻辑处理单元，保证一个数据库操作要么成功，要么失败。谈到他，就不得不提ACID属性了。数据库事务具有以下四个基本属性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistent）、隔离性（Isolation）以及持久性（Durable）。正是这些特性，才保证了数据库事务的安全性。而在MySQL中，鉴于MyISAM存储引擎不支持事务，所以接下来的内容都是在InnoDB存储引擎的基础上进行讲解的。
我们知道，在Java并发编程中，可以多线程并发执行程序，然而并发虽然提高了程序的执行效率，却给程序带来了线程安全问题。事务跟多线程一样，为了提高数据库处理事务的吞吐量，数据库同样支持并发事务，而在并发运行中，同样也存在着安全性问题，例如，修改数据丢失，读取数据不一致等。
在数据库事务中，事务的隔离是解决并发事务问题的关键， 今天我们就重点了解下事务隔离的实现原理，以及如何优化事务隔离带来的性能问题。
并发事务带来的问题
我们可以通过以下几个例子来了解下并发事务带来的几个问题：
1.数据丢失
2.脏读
3.不可重复读
4.幻读
事务隔离解决并发问题
以上 4 个并发事务带来的问题，其中，数据丢失可以基于数据库中的悲观锁来避免发生，即在查询时通过在事务中使用 select xx for update 语句来实现一个排他锁，保证在该事务结束之前其他事务无法更新该数据。
当然，我们也可以基于乐观锁来避免，即将某一字段作为版本号，如果更新时的版本号跟之前的版本一致，则更新，否则更新失败。剩下 3 个问题，其实是数据库读一致性造成的，需要数据库提供一定的事务隔离机制来解决。
我们通过加锁的方式，可以实现不同的事务隔离机制。在了解事务隔离机制之前，我们不妨先来了解下MySQL都有哪些锁机制。
InnoDB实现了两种类型的锁机制：共享锁（S）和排他锁（X）。共享锁允许一个事务读数据，不允许修改数据，如果其他事务要再对该行加锁，只能加共享锁；排他锁是修改数据时加的锁，可以读取和修改数据，一旦一个事务对该行数据加锁，其他事务将不能再对该数据加任务锁。
熟悉了以上InnoDB行锁的实现原理，我们就可以更清楚地理解下面的内容。
在操作数据的事务中，不同的锁机制会产生以下几种不同的事务隔离级别，不同的隔离级别分别可以解决并发事务产生的几个问题，对应如下：
未提交读（Read Uncommitted）：在事务A读取数据时，事务B读取数据加了共享锁，修改数据时加了排它锁。这种隔离级别，会导致脏读、不可重复读以及幻读。
已提交读（Read Committed）：在事务A读取数据时增加了共享锁，一旦读取，立即释放锁，事务B读取修改数据时增加了行级排他锁，直到事务结束才释放锁。也就是说，事务A在读取数据时，事务B只能读取数据，不能修改。当事务A读取到数据后，事务B才能修改。这种隔离级别，可以避免脏读，但依然存在不可重复读以及幻读的问题。
可重复读（Repeatable Read）：在事务A读取数据时增加了共享锁，事务结束，才释放锁，事务B读取修改数据时增加了行级排他锁，直到事务结束才释放锁。也就是说，事务A在没有结束事务时，事务B只能读取数据，不能修改。当事务A结束事务，事务B才能修改。这种隔离级别，可以避免脏读、不可重复读，但依然存在幻读的问题。
可序列化（Serializable）：在事务A读取数据时增加了共享锁，事务结束，才释放锁，事务B读取修改数据时增加了表级排他锁，直到事务结束才释放锁。可序列化解决了脏读、不可重复读、幻读等问题，但隔离级别越来越高的同时，并发性会越来越低。
InnoDB中的RC和RR隔离事务是基于多版本并发控制（MVCC）实现高性能事务。一旦数据被加上排他锁，其他事务将无法加入共享锁，且处于阻塞等待状态，如果一张表有大量的请求，这样的性能将是无法支持的。
MVCC对普通的 Select 不加锁，如果读取的数据正在执行Delete或Update操作，这时读取操作不会等待排它锁的释放，而是直接利用MVCC读取该行的数据快照（数据快照是指在该行的之前版本的数据，而数据快照的版本是基于undo实现的，undo是用来做事务回滚的，记录了回滚的不同版本的行记录）。MVCC避免了对数据重复加锁的过程，大大提高了读操作的性能。
锁具体实现算法
我们知道，InnoDB既实现了行锁，也实现了表锁。行锁是通过索引实现的，如果不通过索引条件检索数据，那么InnoDB将对表中所有的记录进行加锁，其实就是升级为表锁了。
行锁的具体实现算法有三种：record lock、gap lock以及next-key lock。record lock是专门对索引项加锁；gap lock是对索引项之间的间隙加锁；next-key lock则是前面两种的组合，对索引项以其之间的间隙加锁。
只在可重复读或以上隔离级别下的特定操作才会取得gap lock或next-key lock，在Select 、Update和Delete时，除了基于唯一索引的查询之外，其他索引查询时都会获取gap lock或next-key lock，即锁住其扫描的范围。
优化高并发事务
通过以上讲解，相信你对事务、锁以及隔离级别已经有了一个透彻的了解了。清楚了问题，我们就可以聊聊高并发场景下的事务到底该如何调优了。
1. 结合业务场景，使用低级别事务隔离
在高并发业务中，为了保证业务数据的一致性，操作数据库时往往会使用到不同级别的事务隔离。隔离级别越高，并发性能就越低。
那换到业务场景中，我们如何判断用哪种隔离级别更合适呢？我们可以通过两个简单的业务来说下其中的选择方法。
我们在修改用户最后登录时间的业务场景中，这里对查询用户的登录时间没有特别严格的准确性要求，而修改用户登录信息只有用户自己登录时才会修改，不存在一个事务提交的信息被覆盖的可能。所以我们允许该业务使用最低隔离级别。
而如果是账户中的余额或积分的消费，就存在多个客户端同时消费一个账户的情况，此时我们应该选择RR级别来保证一旦有一个客户端在对账户进行消费，其他客户端就不可能对该账户同时进行消费了。
2. 避免行锁升级表锁
前面讲了，在InnoDB中，行锁是通过索引实现的，如果不通过索引条件检索数据，行锁将会升级到表锁。我们知道，表锁是会严重影响到整张表的操作性能的，所以我们应该避免他。
3. 控制事务的大小，减少锁定的资源量和锁定时间长度
你是否遇到过以下SQL异常呢？在抢购系统的日志中，在活动区间，我们经常可以看到这种异常日志：
由于在抢购提交订单中开启了事务，在高并发时对一条记录进行更新的情况下，由于更新记录所在的事务还可能存在其他操作，导致一个事务比较长，当有大量请求进入时，就可能导致一些请求同时进入到事务中。
又因为锁的竞争是不公平的，当多个事务同时对一条记录进行更新时，极端情况下，一个更新操作进去排队系统后，可能会一直拿不到锁，最后因超时被系统打断踢出。
在用户购买商品时，首先我们需要查询库存余额，再新建一个订单，并扣除相应的库存。这一系列操作是处于同一个事务的。
以上业务若是在两种不同的执行顺序下，其结果都是一样的，但在事务性能方面却不一样：
这是因为，虽然这些操作在同一个事务，但锁的申请在不同时间，只有当其他操作都执行完，才会释放所有锁。因为扣除库存是更新操作，属于行锁，这将会影响到其他操作该数据的事务，所以我们应该尽量避免长时间地持有该锁，尽快释放该锁。
又因为先新建订单和先扣除库存都不会影响业务，所以我们可以将扣除库存操作放到最后，也就是使用执行顺序1，以此尽量减小锁的持有时间。
总结
其实MySQL的并发事务调优和Java的多线程编程调优非常类似，都是可以通过减小锁粒度和减少锁的持有时间进行调优。在MySQL的并发事务调优中，我们尽量在可以使用低事务隔离级别的业务场景中，避免使用高事务隔离级别。
在功能业务开发时，开发人员往往会为了追求开发速度，习惯使用默认的参数设置来实现业务功能。例如，在service方法中，你可能习惯默认使用transaction，很少再手动变更事务隔离级别。但要知道，transaction默认是RR事务隔离级别，在某些业务场景下，可能并不合适。因此，我们还是要结合具体的业务场景，进行考虑。
思考题
以上我们主要了解了锁实现事务的隔离性，你知道InnoDB是如何实现原子性、一致性和持久性的吗？
期待在留言区看到你的见解。也欢迎你点击“请朋友读”，把今天的内容分享给身边的朋友，邀请他一起讨论。
- 许童童 👍（78） 💬（3）
binlog + redo log 两阶段提交保证持久性 事务的回滚机制 保证原子性 要么全部提交成功 要么回滚 undo log + MVCC 保证一致性 事务开始和结束的过程不会其它事务看到 为了并发可以适当破坏一致性
2019-08-08 - QQ怪 👍（25） 💬（1）
默认transaction用的是数据库默认的隔离级别不是一定是RR，只是用MySQL默认是RR
2019-08-08 - L. 👍（14） 💬（7）
老师，对于可重复读(Repeatable Read)的事务级别可以避免不可重复读的现象有个疑问： 对于事务A来说，它在获得共享锁期间修改了数据，比如把A改为B，修改完成后释放共享锁。在A获得共享锁期间，事务B看到的数据是A，释放共享锁后，事务B才获得排他锁，然后看到的数据是B。两次的数据不一样啊，还是没有避免不可重复读。。。。不知道我理解的哪里不对，望老师指点。。。🙏
2019-08-14 - 和你一起搬砖的胡大爷 👍（7） 💬（3）
老师能否重点讲一下record lock、gap lock 以及 next-key lock？
2019-08-08 - 月迷津渡 👍（6） 💬（4）
一个问题困扰我挺久希望解答，spring的事务隔离和db的事务隔离机制有什么关系，这么问吧比如db里默认是RR的隔离级别（默认也肯定会有一个隔离级别），我spring的事务里就不用配置隔离级别了？如果spring的事务里的代码并没有db操作我也能设置spring的事务隔离级别？ 其次就是设置db级别的事务隔离的话，那如果业务不一样的话是不是理论上可以把库拆开来？因为肯定有一些库用到了不需要的更高隔离级别影响性能。
2019-10-21 - 珠穆写码 👍（5） 💬（2）
老师，您这些数据库的相关知识是从官网还是某些书籍中获取的？我的数据库进阶的知识比较浅，看官网觉得有点费劲，不知道从哪入手去看去学
2019-08-28 - . 👍（4） 💬（1）
1. 结合业务场景，使用低级别事务隔离 2. 避免行锁升级表锁 3. 控制事务的大小，减少锁定的资源量和锁定时间长度
2020-03-21 - 天天向上 👍（3） 💬（3）
老是有个问题，希望得到解答：InnoDB引擎下，select语句是不加锁的啊，那在文章中 避免行锁升级表锁一节中，讲到 如果不通过索引条件检索数据，行锁将会升级到表锁，应该不成立啊？
2020-01-11 - OneThin 👍（1） 💬（1）
最后一个例子，有个疑问，因为要判断库存，这里是不是应该用可重复读的隔离级别，所以读取库存的时候已经加锁了，直到事务结束，那么锁对啊时间应该差不多才对啊
2020-03-24 - 飞天小猪 👍（1） 💬（1）
最后减库存例子中，如果要避免长时间持有锁，不应该先减库存，选择执行顺序2吗？
2019-12-17 - 张三丰 👍（1） 💬（2）
未提交读（Read Uncommitted）：在事务 A 读取数据时，事务 B 读取和修改数据加了共享锁。这种隔离级别，会导致脏读、不可重复读以及幻读。 这句话怎么理解呢？事务B读取和修改数据加了共享锁？修改数据不是只能加排它锁么？
2019-10-04 - 风轻扬 👍（1） 💬（2）
老师，对数据库锁不是很熟悉。以下结构是正确的吗？ 数据库锁=乐观锁 + 悲观锁[共享锁、排它锁[行锁、表锁]] 这些是数据库所有的锁吗?
2019-09-22 - 加载中…… 👍（1） 💬（7）
老师好，有个问题请教下。文章中说：“可重复读（Repeatable Read）可以避免脏读、不可重复读，但依然存在幻读的问题。” 我之前了解的是，SQL标准不要求RR解决幻读，但InnoDB的 RR下 是不会产生幻读的。 而且自己实验也是InnoDB在RR下没有幻读的现象。操作如下： sessionA: begin; sessionA: select * from t where id>1;(2条记录) sessionB: insert into t(id,a) values(5,5); sessionA: select * from t where id>1;(还是2条看不到5,5。没有产生幻读)
2019-08-29 - 小布丁 👍（1） 💬（2）
老师数据库的事务和Spring的事务是一回事吗？写业务代码的时候，两种不同的事务分别起什么作用呢？或者说控制范围有何不同呢？
2019-08-23 - -W.LI- 👍（1） 💬（1）
老师好!之前听说不少互联网公司，把mysql数据库默认隔离级别设置为读已提交(不手动设默认是RR)，来提高吞吐量。这样就需要开发人员根据业务选择合适的隔离级别是么? 接着老师减库存的例子: 新建订单,减库存操作可以在，读已提交隔离级别下执行么? 我觉得新建订单和减库存只要保证原子行就好了。减库存是读当前操作，还是需要在RR下。
2019-08-08