事務ACID特性：數據庫的四大安全保障

想象你正在網購一雙運動鞋：下單時系統需要扣減庫存、創建訂單、扣減賬户餘額。如果在扣減庫存後突然斷電，會出現什麼情況？庫存減少了但訂單沒創建，這顯然是個災難！事務（Transaction） 就是為解決這類問題而生的數據庫核心機制。

事務必須滿足四大特性，業界簡稱ACID：

原子性（Atomicity）：要麼全做，要麼全不做

原子性確保事務中的所有操作是一個不可分割的整體。就像轉賬時，"A賬户扣款"和"B賬户收款"必須同時成功或同時失敗。
示例：

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BEGIN; -- 開始事務
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1; -- A賬户扣100
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2; -- B賬户加100
COMMIT; -- 提交事務（全部生效）
-- 若中間出錯，執行 ROLLBACK; 回滾到初始狀態

如果第二條語句失敗，ROLLBACK會讓第一條語句的扣款也失效，保證數據一致性。

一致性（Consistency）：從一個一致態到另一個一致態

事務執行前後，數據庫必須從一個合法狀態轉換到另一個合法狀態。例如轉賬業務中，"總金額不變"就是一種一致性約束。
場景：A有500元，B有300元，總金額800元。無論轉賬多少次，兩人餘額之和必須還是800元。

隔離性（Isolation）：併發時互不干擾

當多個事務同時操作同一數據時，隔離性確保它們不會互相干擾。MySQL通過隔離級別控制干擾程度，這也是今天的重點內容。

持久性（Durability）：一旦提交，永久保存

事務一旦提交，結果就會永久保存到數據庫，即使系統崩潰也不會丟失。MySQL通過redo log實現這一點——事務提交時，數據先寫入日誌，再異步刷到磁盤。

記憶口訣：A（原子）像炸彈要麼炸要麼不炸，C（一致）像天平永遠平衡，I（隔離）像隔音間互不打擾，D（持久）像刻在石頭上擦不掉。

隔離級別：控制併發的"隔音效果"

當多個用户同時操作數據庫時，可能出現髒讀、不可重複讀等問題。MySQL提供四種隔離級別，就像調節"隔音效果"，級別越高隔離性越好，但性能開銷也越大。

1. 讀未提交（Read Uncommitted）：最低隔離級別

一個事務可以讀取另一個未提交的事務數據。
問題：髒讀（Dirty Read）——讀取到未提交的"臨時數據"。
示例：

• 事務A：將商品價格從100元改為200元（未提交）
• 事務B：讀取到價格200元
• 事務A：因錯誤回滾，價格恢復為100元
• 結果：事務B讀到了"不存在"的200元

2. 讀已提交（Read Committed）：解決髒讀

一個事務只能讀取另一個已提交的事務數據。這是大多數數據庫的默認隔離級別（但MySQL不是）。
解決：髒讀問題
問題：不可重複讀（Non-repeatable Read）——同一事務內兩次讀取同一數據，結果不同。
示例：

• 事務A：第一次讀取商品價格為100元
• 事務B：將價格改為200元並提交
• 事務A：第二次讀取價格變為200元
• 結果：事務A兩次讀取結果不一致

3. 可重複讀（Repeatable Read）：MySQL默認隔離級別

確保同一事務內多次讀取同一數據的結果一致。
解決：不可重複讀問題
問題：幻讀（Phantom Read）——同一事務內，兩次查詢的結果集行數不同。
示例：

• 事務A：查詢庫存中所有紅色商品，得到10條記錄
• 事務B：新增一條紅色商品並提交
• 事務A：再次查詢，得到11條記錄
• 結果：事務A像看到"幻覺"一樣多了一條記錄

4. 串行化（Serializable）：最高隔離級別

所有事務串行執行，完全避免併發問題，但性能最差。
解決：所有併發問題
代價：相當於單線程執行，吞吐量極低，僅用於數據一致性要求極高的場景（如金融核心系統）。

隔離級別對比表

表格

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如何設置隔離級別？

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-- 查看當前隔離級別
SELECT @@tx_isolation;

-- 設置全局隔離級別（需要重啓連接生效）
SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

-- 設置當前會話隔離級別
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

注意：MySQL默認使用可重複讀，但通過MVCC（多版本併發控制） 機制，在該級別下也能避免幻讀，這是MySQL的特有優化。

併發問題：你可能遇到的"坑"

多個事務併發時，除了髒讀、不可重複讀、幻讀，還可能遇到這些問題：

1. 丟失更新（Lost Update）

兩個事務同時修改同一數據，後提交的事務覆蓋前者的修改。
示例：

• 商品庫存100件，事務A和B同時讀取到100
• 事務A：下單減1，庫存99並提交
• 事務B：下單減1，庫存99並提交
• 結果：實際賣出2件，庫存只減了1件

2. 死鎖（Deadlock）

兩個事務互相等待對方釋放資源，導致永久阻塞。
示例：

• 事務A：鎖定商品A，等待鎖定商品B
• 事務B：鎖定商品B，等待鎖定商品A
• 結果：雙方無限等待，需數據庫自動檢測並終止其中一個事務

如何避免死鎖？

• 固定加鎖順序（如總是先鎖ID小的記錄）
• 控制事務大小，減少鎖定時間
• 避免長事務

鎖機制：MySQL的"併發紅綠燈"

鎖是實現隔離級別的基礎，MySQL提供多種鎖類型，就像交通信號燈一樣控制數據訪問順序。

1. 按粒度分：表鎖 vs 行鎖

• 表鎖：鎖定整個表，開銷小但併發低（如ALTER TABLE時自動加表鎖）。
• 行鎖：只鎖定一行數據，開銷大但併發高（InnoDB支持，MyISAM不支持）。
  示例：

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-- InnoDB行鎖（僅鎖定id=1的行）
  UPDATE products SET price=200 WHERE id=1;

2. 按功能分：共享鎖 vs 排他鎖

• 共享鎖（S鎖）：讀操作時加鎖，多個事務可同時持有。

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SELECT * FROM products WHERE id=1 LOCK IN SHARE MODE;

• 排他鎖（X鎖）：寫操作時加鎖，同一時間只允許一個事務持有。

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SELECT * FROM products WHERE id=1 FOR UPDATE; -- 寫鎖

兼容性規則：S鎖和S鎖兼容，S鎖和X鎖不兼容，X鎖和X鎖不兼容。就像"讀可以共享，寫必須獨佔"。

3. InnoDB特殊鎖：意向鎖

為了快速判斷表中是否有行鎖，InnoDB引入意向鎖：

• 意向共享鎖（IS）：事務準備加S鎖前，先加IS鎖
• 意向排他鎖（IX）：事務準備加X鎖前，先加IX鎖
  這些鎖由數據庫自動管理，用户無需手動操作。

4. 間隙鎖：解決幻讀的關鍵

在可重複讀級別下，InnoDB通過間隙鎖（Gap Lock） 防止幻讀。它鎖定的是一個範圍，而不僅僅是記錄本身。
示例：

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-- 鎖定id在1-10之間的記錄（包括不存在的記錄）
SELECT * FROM products WHERE id BETWEEN 1 AND 10 FOR UPDATE;

這會阻止其他事務在該範圍內插入新記錄，從而避免幻讀。

實踐任務：動手驗證事務特性

任務1：體驗ACID特性

1. 創建測試表：

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CREATE TABLE bank (
     id INT PRIMARY KEY,
     balance INT NOT NULL
   );
   INSERT INTO bank VALUES (1, 500), (2, 300);

2. 模擬轉賬並故意出錯，觀察回滾效果：

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BEGIN;
   UPDATE bank SET balance = balance - 100 WHERE id = 1; -- A賬户扣100
   UPDATE bank SET balance = balance + 100 WHERE id = 2; -- B賬户加100
   -- 此時查詢：SELECT * FROM bank; 會看到A=400, B=400
   ROLLBACK; -- 回滾事務
   -- 再次查詢：A和B恢復為500和300，驗證原子性

任務2：測試不同隔離級別

1. 打開兩個MySQL客户端窗口（會話A和會話B）
2. 會話A設置隔離級別為讀未提交：

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SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED;
   BEGIN;
   UPDATE bank SET balance = balance - 100 WHERE id = 1; -- 不提交

3. 會話B查詢：

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SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED;
   SELECT * FROM bank; -- 能看到A的餘額已減少（髒讀）

4. 將會話B隔離級別改為讀已提交，重複步驟2-3，觀察是否還能看到未提交的修改。

任務3：模擬死鎖

1. 會話A：鎖定id=1的行

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BEGIN;
   UPDATE bank SET balance=balance-100 WHERE id=1;

2. 會話B：鎖定id=2的行

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BEGIN;
   UPDATE bank SET balance=balance-100 WHERE id=2;

3. 會話A：嘗試鎖定id=2的行

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UPDATE bank SET balance=balance+100 WHERE id=2; -- 等待中

4. 會話B：嘗試鎖定id=1的行

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UPDATE bank SET balance=balance+100 WHERE id=1; -- 觸發死鎖

此時MySQL會自動檢測死鎖並終止其中一個事務，觀察報錯信息。

總結：事務與併發控制的核心要點

1. ACID是事務的四大支柱：原子性保證操作完整，一致性保證數據合法，隔離性控制併發干擾，持久性保證結果不丟失。
2. 隔離級別是權衡的藝術：讀已提交解決髒讀，可重複讀解決不可重複讀，串行化解決所有問題但犧牲性能。
3. 鎖是併發的控制器：行鎖粒度小併發高，表鎖粒度大開銷小；共享鎖用於讀，排他鎖用於寫。
4. InnoDB的優勢：支持行鎖和事務，通過MVCC和間隙鎖優化併發性能，是MySQL推薦的存儲引擎。

思考問題：為什麼電商秒殺場景需要"超賣防護"？如何用今天學的事務和鎖機制實現？（答案明天揭曉）

下一天我們將學習存儲過程與函數，讓你的SQL代碼實現更復雜的業務邏輯！