事务隔离级别的实现原理

MySQL 的 InnoDB 存储引擎主要通过两种核心机制来实现事务隔离：MVCC（多版本并发控制） 和 锁（Locking）。这两者相互配合，在隔离性与性能之间取得了完美平衡。

• READ UNCOMMITTED：不使用 MVCC，也不使用锁。
• READ COMMITTED：使用 MVCC，但每次读都生成新视图。
• REPEATABLE READ：使用 MVCC，并且固定了读视图。同时，在当前读操作中，还会使用 Next-Key Lock 来彻底杜绝幻读。
• SERIALIZABLE：不使用 MVCC，完全依赖锁机制，将所有操作串行化。

1. MVCC

MVCC 是 InnoDB 实现 READ COMMITTED 和 REPEATABLE READ 的核心。它的基本思想是：不通过加锁来阻塞读操作，而是通过保存数据行的多个版本，让读和写可以并发进行。

实现原理：

• 隐藏列：InnoDB 的每行数据都包含几个隐藏列，其中最重要的是 DB_TRX_ID（记录最近一次修改该行的事务ID）和 DB_ROLL_PTR（回滚指针，指向上一版本的记录）。这些指针将不同版本的数据串成一个版本链。
• Read View (读视图)：当一个事务执行快照读（即普通的 SELECT 语句）时，InnoDB 会为它创建一个 Read View。这个视图记录了当前活跃（未提交）的事务 ID 列表。
• 可见性判断：事务在读取数据时，会根据这个 Read View，沿着版本链从新到旧地遍历，直到找到一个对当前事务可见的版本。

MVCC 在不同隔离级别下的应用：

• READ COMMITTED：每次执行 SELECT 语句时，都会重新生成一个 Read View。因此，它能够读取到最新已提交的数据，但会导致不可重复读。
• REPEATABLE READ：只在事务第一次执行 SELECT 时生成一个 Read View，并将其固定下来。后续的 SELECT 都使用这个固定的视图。这是它解决不可重复读的关键所在。

2. 锁

锁机制主要用于处理并发事务对同一数据的写操作，以保证数据的一致性。

• 共享锁（S锁）：允许多个事务同时持有，但会阻止其他事务获得排他锁。
• 排他锁（X锁）：一次只能被一个事务持有，会阻塞其他事务的读写操作。

锁机制在不同隔离级别下的应用：

• READ UNCOMMITTED：完全不加锁，因此会出现脏读。
• SERIALIZABLE：这是最严格的隔离级别。它对所有读操作都加上共享锁，对所有写操作都加上排他锁，强制事务串行执行，彻底避免了所有并发问题，但性能极低。

3. 彻底解决幻读

间隙锁 (Gap Lock) 和 Next-Key Lock

在 REPEATABLE READ 隔离级别下：

• 快照读 (SELECT)：通过 MVCC 机制，不会读取到新插入的数据，所以避免了幻读。
• 当前读 (SELECT … FOR UPDATE, UPDATE, DELETE)：这类操作需要锁定最新的数据行。InnoDB 在锁定数据行的同时，还会锁定数据行之间的间隙（Gap），这就是间隙锁。这种锁可以防止其他事务在该间隙中插入新数据，从而彻底杜绝了幻读的发生。