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= 事务隔离级别 =

事务隔离级别（Transaction Isolation Levels）是数据库管理系统（DBMS）中用于控制事务并发执行时相互影响程度的重要机制。它定义了多个事务同时访问数据库时，一个事务对其他事务的可见性规则，从而在数据一致性和并发性能之间取得平衡。

== 概述 ==

在数据库系统中，多个事务并发执行可能导致以下问题（称为'''并发问题'''）：
* '''脏读（Dirty Read）'''：事务A读取了事务B未提交的修改。
* '''不可重复读（Non-repeatable Read）'''：事务A多次读取同一数据，期间事务B修改了该数据，导致事务A前后读取结果不一致。
* '''幻读（Phantom Read）'''：事务A多次执行同一查询，期间事务B插入或删除了符合查询条件的记录，导致事务A前后结果集不一致。

事务隔离级别通过限制这些现象的发生来保证数据一致性。SQL标准定义了4种隔离级别，按隔离强度从低到高排列如下：

== 四种标准隔离级别 ==

=== 1. 读未提交（Read Uncommitted） ===
* 最低隔离级别
* 允许事务读取其他事务未提交的修改（脏读）
* 可能出现所有并发问题
* 性能最高，但数据一致性最差

=== 2. 读已提交（Read Committed） ===
* 只允许读取已提交的数据（避免脏读）
* 仍可能出现不可重复读和幻读
* 是许多数据库的默认级别（如Oracle、PostgreSQL）

=== 3. 可重复读（Repeatable Read） ===
* 确保同一事务中多次读取同一数据结果一致（避免不可重复读）
* 仍可能出现幻读
* 是MySQL InnoDB的默认级别

=== 4. 串行化（Serializable） ===
* 最高隔离级别
* 通过完全锁定相关数据避免所有并发问题
* 性能最差，但数据一致性最强

<mermaid>
graph LR
    A[读未提交] -->|允许脏读| B[读已提交]
    B -->|避免脏读| C[可重复读]
    C -->|避免不可重复读| D[串行化]
    D -->|避免幻读| E[最高一致性]
</mermaid>

== 隔离级别对比表 ==

{| class="wikitable"
|-
! 隔离级别 !! 脏读 !! 不可重复读 !! 幻读 !! 并发性能
|-
| 读未提交 || 可能 || 可能 || 可能 || 最高
|-
| 读已提交 || 不可能 || 可能 || 可能 || 高
|-
| 可重复读 || 不可能 || 不可能 || 可能 || 中
|-
| 串行化 || 不可能 || 不可能 || 不可能 || 低
|}

== 代码示例 ==

以下是在MySQL中设置和查询事务隔离级别的示例：

<syntaxhighlight lang="sql">
-- 查询当前会话的隔离级别
SELECT @@transaction_isolation;

-- 设置全局隔离级别（需要管理员权限）
SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

-- 设置当前会话的隔离级别
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

-- 事务示例
START TRANSACTION;
-- 在此执行SQL操作
COMMIT;
</syntaxhighlight>

== 实际案例 ==

'''场景：'''银行转账系统

考虑两个并发事务：
1. 事务A：查询账户余额（1000元）
2. 事务B：从该账户转账200元（更新余额为800元）

在不同隔离级别下的表现：

* '''读未提交'''：
  - 事务A可能在事务B提交前读取到800元（脏读）
  
* '''读已提交'''：
  - 事务A不会读到未提交的修改
  - 但如果事务A再次查询，可能看到800元（不可重复读）

* '''可重复读'''：
  - 事务A在整个事务中看到一致的1000元
  - 但如果执行范围查询（如"SELECT COUNT(*) WHERE balance > 500"），可能看到不同结果（幻读）

* '''串行化'''：
  - 事务B会等待事务A完成，或反之，确保完全一致

== 数学表达 ==

隔离级别可以用'''可串行化'''理论来描述。对于调度S，如果存在一个等价于某个串行调度的调度S'，则称S是可串行化的。

<math>
Conflict(S) \equiv \{(p_i,q_j) | p_i \in T_i, q_j \in T_j, i \neq j, p_i \text{与} q_j \text{冲突}\}
</math>

其中冲突操作指至少有一个是写操作且访问同一数据项。

== 选择建议 ==

选择隔离级别时应考虑：
* 数据一致性要求
* 系统并发需求
* 性能要求

一般建议：
* 对数据准确性要求高的系统（如金融）使用'''可重复读'''或'''串行化'''
* 对性能要求高且能容忍一定程度不一致的系统（如内容管理）使用'''读已提交'''
* '''读未提交'''通常只用于统计分析等非关键场景

== 总结 ==

事务隔离级别是数据库并发控制的核心概念，理解不同级别的特性和适用场景对设计可靠的数据系统至关重要。开发者应根据应用需求选择合适的隔离级别，在数据一致性和系统性能之间取得平衡。

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