SpringBoot 系列教程之事务隔离级别知识点小结

上一篇博文介绍了声明式事务@Transactional的简单使用姿势，最文章的最后给出了这个注解的多个属性，本文将着重放在事务隔离级别的知识点上，并通过实例演示不同的事务隔离级别下，脏读、不可重复读、幻读的具体场景

I. 基础知识

在进入正文之前，先介绍一下事务隔离级别的一些基础知识点，详细内容，推荐参考博文

mysql 之锁与事务[1]

1. 基本概念

以下基本概念源于个人理解之后，通过简单的 case 进行描述，如有问题，欢迎拍砖

更新丢失

简单来讲，两个事务 A,B 分别更新一条记录的 filedA, filedB 字段，其中事务 B 异常，导致回滚，将这条记录的恢复为修改之前的状态，导致事务 A 的修改丢失了，这就是更新丢失

脏读

读取到另外一个事务未提交的修改，所以当另外一个事务是失败导致回滚的时候，这个读取的数据其实是不准确的，这就是脏读

不可重复读

简单来讲，就是一个事务内，多次查询同一个数据，返回的结果居然不一样，这就是不可重复度（重复读取的结果不一样）

幻读

同样是多次查询，但是后面查询时，发现多了或者少了一些记录

比如：查询 id 在[1,10]之间的记录，第一次返回了 1,2,3 三条记录；但是另外一个事务新增了一个 id 为 4 的记录，导致再次查询时，返回了 1,2,3,4 四条记录，第二次查询时多了一条记录，这就是幻读

幻读和不可重复读的主要区别在于：

• 幻读针对的是查询结果为多个的场景，出现了数据的增加 or 减少
• 不可重复度读对的是某些特定的记录，这些记录的数据与之前不一致

2. 隔离级别

后面测试的数据库为 mysql，引擎为 innodb，对应有四个隔离级别

隔离级别说明fixnot fixRU(read uncommitted)未授权读，读事务允许其他读写事务；未提交写事务禁止其他写事务（读事务 ok）更新丢失脏读，不可重复读，幻读RC(read committed)授权读，读事务允许其他读写事务；未提交写事务，禁止其他读写事务更新丢失，脏读不可重复读，幻读RR(repeatable read)可重复度，读事务禁止其他写事务；未提交写事务，禁止其他读写事务更新丢失，脏读，不可重复度幻读serializable序列化读，所有事务依次执行更新丢失，脏读，不可重复度，幻读-

说明，下面存为个人观点，不代表权威，谨慎理解和引用

• 我个人的观点，rr 级别在 mysql 的 innodb 引擎上，配合 mvvc + gap 锁，已经解决了幻读问题
• 下面这个 case 是幻读问题么？
• 从锁的角度来看，步骤 1、2 虽然开启事务，但是属于快照读；而 9 属于当前读；他们读取的源不同，应该不算在幻读定义中的同一查询条件中

II. 配置

接下来进入实例演示环节，首先需要准备环境，创建测试项目

创建一个 SpringBoot 项目，版本为2.2.1.RELEASE，使用 mysql 作为目标数据库，存储引擎选择Innodb，事务隔离级别为 RR

1. 项目配置

在项目pom.xml文件中，加上spring-boot-starter-jdbc，会注入一个DataSourceTransactionManager的 bean，提供了事务支持

<dependency>
    <groupId>mysql</groupId>
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-jdbc</artifactId>
</dependency>

2. 数据库配置

进入 spring 配置文件application.properties，设置一下 db 相关的信息

## DataSource
spring.datasource.url=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/story?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&useSSL=false
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=

3. 数据库

新建一个简单的表结构，用于测试

CREATE TABLE `money` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(20) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用户名',
  `money` int(26) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '钱',
  `is_deleted` tinyint(1) NOT NULL DEFAULT '0',
  `create_at` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
  `update_at` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '更新时间',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

III. 实例演示

1. 初始化数据

准备一些用于后续操作的数据

@Component
public class DetailDemo {
    @Autowired
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;

    @PostConstruct
    public void init() {
        String sql = "replace into money (id, name, money) values (320, '初始化', 200)," + "(330, '初始化', 200)," +
                "(340, '初始化', 200)," + "(350, '初始化', 200)";
        jdbcTemplate.execute(sql);
    }
}

提供一些基本的查询和修改方法

private boolean updateName(int id) {
    String sql = "update money set `name`='更新' where id=" + id;
    jdbcTemplate.execute(sql);
    return true;
}

public void query(String tag, int id) {
    String sql = "select * from money where id=" + id;
    Map map = jdbcTemplate.queryForMap(sql);
    System.out.println(tag + " >>>> " + map);
}

private boolean updateMoney(int id) {
    String sql = "update money set `money`= `money` + 10 where id=" + id;
    jdbcTemplate.execute(sql);
    return false;
}

2. RU 隔离级别

我们先来测试 RU 隔离级别，通过指定@Transactional注解的isolation属性来设置事务的隔离级别

通过前面的描述，我们知道 RU 会有脏读问题，接下来设计一个 case，进行演示

事务一，修改数据

/**
 * ru隔离级别的事务，可能出现脏读，不可避免不可重复读，幻读
 *
 * @param id
 */
@Transactional(isolation = Isolation.READ_UNCOMMITTED, rollbackFor = Exception.class)
public boolean ruTransaction(int id) throws InterruptedException {
    if (this.updateName(id)) {
        this.query("ru: after updateMoney name", id);
        Thread.sleep(2000);
        if (this.updateMoney(id)) {
            return true;
        }
    }
    this.query("ru: after updateMoney money", id);
    return false;
}

只读事务二(设置 readOnly 为 true，则事务为只读)多次读取相同的数据，我们希望在事务二的第一次读取中，能获取到事务一的中间修改结果（所以请注意两个方法中的 sleep 使用）

@Transactional(readOnly = true, isolation = Isolation.READ_UNCOMMITTED, rollbackFor = Exception.class)
public boolean readRuTransaction(int id) throws InterruptedException {
    this.query("ru read only", id);
    Thread.sleep(1000);
    this.query("ru read only", id);
    return true;
}

接下来属于测试的 case，用两个线程来调用只读事务，和读写事务

@Component
public class DetailTransactionalSample {
    @Autowired
    private DetailDemo detailDemo;

     /**
     * ru 隔离级别
     */
    public void testRuIsolation() throws InterruptedException {
        int id = 330;
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                call("ru: 只读事务 - read", id, detailDemo::readRuTransaction);
            }
        }).start();

        call("ru 读写事务", id, detailDemo::ruTransaction);
    }
}

private void call(String tag, int id, CallFunc<Integer, Boolean> func) {
    System.out.println("============ " + tag + " start ========== ");
    try {
        func.apply(id);
    } catch (Exception e) {
    }
    System.out.println("============ " + tag + " end ========== 
");
}


@FunctionalInterface
public interface CallFunc<T, R> {
    R apply(T t) throws Exception;
}

输出结果如下

============ ru 读写事务 start ==========
============ ru: 只读事务 - read start ==========
ru read only >>>> {id=330, name=初始化, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 11:37:51.0, update_at=2020-01-20 11:37:51.0}
ru: after updateMoney name >>>> {id=330, name=更新, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 11:37:51.0, update_at=2020-01-20 11:37:52.0}
ru read only >>>> {id=330, name=更新, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 11:37:51.0, update_at=2020-01-20 11:37:52.0}
============ ru: 只读事务 - read end ==========

ru: after updateMoney money >>>> {id=330, name=更新, money=210, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 11:37:51.0, update_at=2020-01-20 11:37:54.0}
============ ru 读写事务 end ==========

关注一下上面结果中ru read only >>>>开头的记录，首先两次输出结果不一致，所以不可重复读问题是存在的

其次，第二次读取的数据与读写事务中的中间结果一致，即读取到了未提交的结果，即为脏读

3. RC 事务隔离级别

rc 隔离级别，可以解决脏读，但是不可重复读问题无法避免，所以我们需要设计一个 case，看一下是否可以读取另外一个事务提交后的结果

在前面的测试 case 上，稍微改一改

// ---------- rc 事物隔离级别
// 测试不可重复读，一个事务内，两次读取的结果不一样


@Transactional(readOnly = true, isolation = Isolation.READ_COMMITTED, rollbackFor = Exception.class)
public boolean readRcTransaction(int id) throws InterruptedException {
    this.query("rc read only", id);
    Thread.sleep(1000);
    this.query("rc read only", id);
    Thread.sleep(3000);
    this.query("rc read only", id);
    return true;
}

/**
 * rc隔离级别事务，未提交的写事务，会挂起其他的读写事务；可避免脏读，更新丢失；但不能防止不可重复读、幻读
 *
 * @param id
 * @return
 */
@Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED, rollbackFor = Exception.class)
public boolean rcTranaction(int id) throws InterruptedException {
    if (this.updateName(id)) {
        this.query("rc: after updateMoney name", id);
        Thread.sleep(2000);
        if (this.updateMoney(id)) {
            return true;
        }
    }

    return false;
}

测试用例

/**
 * rc 隔离级别
 */
private void testRcIsolation() throws InterruptedException {
    int id = 340;
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            call("rc: 只读事务 - read", id, detailDemo::readRcTransaction);
        }
    }).start();

    Thread.sleep(1000);

    call("rc 读写事务 - read", id, detailDemo::rcTranaction);
}

输出结果如下

============ rc: 只读事务 - read start ==========
rc read only >>>> {id=340, name=初始化, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 11:46:17.0, update_at=2020-01-20 11:46:17.0}
============ rc 读写事务 - read start ==========
rc: after updateMoney name >>>> {id=340, name=更新, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 11:46:17.0, update_at=2020-01-20 11:46:23.0}
rc read only >>>> {id=340, name=初始化, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 11:46:17.0, update_at=2020-01-20 11:46:17.0}
============ rc 读写事务 - read end ==========

rc read only >>>> {id=340, name=更新, money=210, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 11:46:17.0, update_at=2020-01-20 11:46:25.0}
============ rc: 只读事务 - read end ==========

从上面的输出中，在只读事务，前面两次查询，结果一致，虽然第二次查询时，读写事务修改了这个记录，但是并没有读取到这个中间记录状态，所以这里没有脏读问题；

当读写事务完毕之后，只读事务的第三次查询中，返回的是读写事务提交之后的结果，导致了不可重复读

4. RR 事务隔离级别

针对 rr，我们主要测试一下不可重复读的解决情况，设计 case 相对简单

/**
 * 只读事务，主要目的是为了隔离其他事务的修改，对本次操作的影响；
 *
 * 比如在某些耗时的涉及多次表的读取操作中，为了保证数据一致性，这个就有用了； 开启只读事务之后，不支持修改数据
 */
@Transactional(readOnly = true, isolation = Isolation.REPEATABLE_READ, rollbackFor = Exception.class)
public boolean readRrTransaction(int id) throws InterruptedException {
    this.query("rr read only", id);
    Thread.sleep(3000);
    this.query("rr read only", id);
    return true;
}

/**
 * rr隔离级别事务，读事务禁止其他的写事务，未提交写事务，会挂起其他读写事务；可避免脏读，不可重复读，（我个人认为，innodb引擎可通过mvvc+gap锁避免幻读）
 *
 * @param id
 * @return
 */
@Transactional(isolation = Isolation.REPEATABLE_READ, rollbackFor = Exception.class)
public boolean rrTransaction(int id) {
    if (this.updateName(id)) {
        this.query("rr: after updateMoney name", id);
        if (this.updateMoney(id)) {
            return true;
        }
    }

    return false;
}

我们希望读写事务的执行周期在只读事务的两次查询之内，所有测试代码如下

/**
 * rr
 * 测试只读事务
 */
private void testReadOnlyCase() throws InterruptedException {
    // 子线程开启只读事务，主线程执行修改
    int id = 320;
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            call("rr 只读事务 - read", id, detailDemo::readRrTransaction);
        }
    }).start();

    Thread.sleep(1000);

    call("rr 读写事务", id, detailDemo::rrTransaction);
}

输出结果

============ rr 只读事务 - read start ==========
rr read only >>>> {id=320, name=初始化, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 11:46:17.0, update_at=2020-01-20 11:46:17.0}
============ rr 读写事务 start ==========
rr: after updateMoney name >>>> {id=320, name=更新, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 11:46:17.0, update_at=2020-01-20 11:46:28.0}
============ rr 读写事务 end ==========

rr read only >>>> {id=320, name=初始化, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 11:46:17.0, update_at=2020-01-20 11:46:17.0}
============ rr 只读事务 - read end ==========

两次只读事务的输出一致，并没有出现上面的不可重复读问题

说明

• @Transactional注解的默认隔离级别为Isolation#DEFAULT，也就是采用数据源的隔离级别，mysql innodb 引擎默认隔离级别为 RR（所有不额外指定时，相当于 RR）

5. SERIALIZABLE 事务隔离级别

串行事务隔离级别，所有的事务串行执行，实际的业务场景中，我没用过... 也不太能想像，什么场景下需要这种

@Transactional(readOnly = true, isolation = Isolation.SERIALIZABLE, rollbackFor = Exception.class)
public boolean readSerializeTransaction(int id) throws InterruptedException {
    this.query("serialize read only", id);
    Thread.sleep(3000);
    this.query("serialize read only", id);
    return true;
}

/**
 * serialize，事务串行执行，fix所有问题，但是性能低
 *
 * @param id
 * @return
 */
@Transactional(isolation = Isolation.SERIALIZABLE, rollbackFor = Exception.class)
public boolean serializeTransaction(int id) {
    if (this.updateName(id)) {
        this.query("serialize: after updateMoney name", id);
        if (this.updateMoney(id)) {
            return true;
        }
    }

    return false;
}

测试 case

/**
 * Serialize 隔离级别
 */
private void testSerializeIsolation() throws InterruptedException {
    int id = 350;
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            call("Serialize: 只读事务 - read", id, detailDemo::readSerializeTransaction);
        }
    }).start();

    Thread.sleep(1000);

    call("Serialize 读写事务 - read", id, detailDemo::serializeTransaction);
}

输出结果如下

============ Serialize: 只读事务 - read start ==========
serialize read only >>>> {id=350, name=初始化, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 12:10:23.0, update_at=2020-01-20 12:10:23.0}
============ Serialize 读写事务 - read start ==========
serialize read only >>>> {id=350, name=初始化, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 12:10:23.0, update_at=2020-01-20 12:10:23.0}
============ Serialize: 只读事务 - read end ==========

serialize: after updateMoney name >>>> {id=350, name=更新, money=200, is_deleted=false, create_at=2020-01-20 12:10:23.0, update_at=2020-01-20 12:10:39.0}
============ Serialize 读写事务 - read end ==========

只读事务的查询输出之后，才输出读写事务的日志，简单来讲就是读写事务中的操作被 delay 了

6. 小结

本文主要介绍了事务的几种隔离级别，已经不同干的隔离级别对应的场景，可能出现的问题；

隔离级别说明

级别fixnot fixRU更新丢失脏读，不可重复读，幻读RC更新丢失 脏读不可重复读，幻读RR更新丢、脏读，不可重复读，幻读-serialze更新丢失、 脏读，不可重复读，幻读-

使用说明

• mysql innodb 引擎默认为 RR 隔离级别；@Transactinoal注解使用数据库的隔离级别，即 RR
• 通过指定Transactional#isolation来设置事务的事务级别