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= 事务隔离级别 =

事务隔离级别（Transaction Isolation Levels）是数据库系统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和修改数据时，系统如何保证数据的完整性和一致性。理解隔离级别对于设计高性能、可靠的数据库应用至关重要。

== 基本概念 ==

在数据库系统中，事务（Transaction）是指作为单个逻辑工作单元执行的一系列操作。事务具有ACID特性：
* '''原子性'''（Atomicity）：事务中的所有操作要么全部完成，要么全部不执行
* '''一致性'''（Consistency）：事务执行前后，数据库从一个一致状态变为另一个一致状态
* '''隔离性'''（Isolation）：并发事务的执行互不干扰
* '''持久性'''（Durability）：事务一旦提交，其结果永久保存

'''隔离级别'''专门解决隔离性方面的问题，它决定了：
* 一个事务能看到其他事务的哪些修改
* 并发事务之间如何相互影响

== 标准隔离级别 ==

SQL标准定义了4种隔离级别，按照隔离强度从低到高排列：

=== 1. 读未提交（Read Uncommitted） ===
最低的隔离级别，允许事务读取其他事务尚未提交的修改（"脏读"）。

'''特点'''：
* 可能发生脏读、不可重复读和幻读
* 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，解决了脏读问题。

'''特点'''：
* 防止脏读
* 仍可能发生不可重复读和幻读
* 大多数数据库的默认级别（如Oracle、PostgreSQL）

=== 3. 可重复读（Repeatable Read） ===
确保在同一事务中多次读取同一数据结果一致。

'''特点'''：
* 防止脏读和不可重复读
* 仍可能发生幻读
* MySQL的InnoDB默认级别

=== 4. 可串行化（Serializable） ===
最高的隔离级别，完全串行执行事务，如同单线程。

'''特点'''：
* 防止所有并发问题
* 性能最低
* 通过锁机制实现

== 并发问题 ==

不同隔离级别旨在解决以下并发问题：

{| class="wikitable"
|+ 隔离级别与并发问题
! 隔离级别 !! 脏读 !! 不可重复读 !! 幻读
|-
| 读未提交 || 可能 || 可能 || 可能
|-
| 读已提交 || 不可能 || 可能 || 可能
|-
| 可重复读 || 不可能 || 不可能 || 可能
|-
| 可串行化 || 不可能 || 不可能 || 不可能
|}

=== 脏读（Dirty Read） ===
事务A读取了事务B'''未提交'''的修改，如果事务B回滚，事务A读取的就是无效数据。

=== 不可重复读（Non-repeatable Read） ===
事务A多次读取同一数据，期间事务B修改了该数据并提交，导致事务A前后读取结果不一致。

=== 幻读（Phantom Read） ===
事务A读取符合某些条件的记录集，期间事务B插入/删除了符合条件的记录并提交，导致事务A再次读取时结果集发生变化。

== 代码示例 ==

以下SQL示例展示不同隔离级别的行为差异：

<syntaxhighlight lang="sql">
-- 会话1
BEGIN TRANSACTION;
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 读取未提交数据

-- 会话2
BEGIN TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
-- 尚未提交

-- 会话1再次读取
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 看到未提交的修改
COMMIT;

-- 会话2
ROLLBACK;  -- 撤销修改，会话1读取了"脏数据"
</syntaxhighlight>

== 实际案例 ==

'''电商库存管理场景'''：

1. '''问题'''：两个用户同时购买最后一件商品
2. '''隔离级别选择'''：需要可重复读或可串行化
3. '''解决方案'''：

<mermaid>
sequenceDiagram
    participant UserA
    participant UserB
    participant DB
    
    UserA->>DB: BEGIN (Repeatable Read)
    DB->>UserA: 读取库存(剩余1)
    UserB->>DB: BEGIN (Repeatable Read)
    DB->>UserB: 读取库存(剩余1)
    UserA->>DB: 下单并减库存
    DB->>UserA: 成功
    UserA->>DB: COMMIT
    UserB->>DB: 下单并减库存
    DB->>UserB: 失败(库存不足)
    UserB->>DB: ROLLBACK
</mermaid>

== 数学表达 ==

隔离级别可以形式化表示为可见性规则。设<math>T_i</math>和<math>T_j</math>是两个事务：

* '''读已提交'''：<math>T_i</math>只能看到<math>T_j</math>已提交的写入
* '''可重复读'''：<math>T_i</math>在其生命周期内对同一数据的多次读取结果一致
* '''可串行化'''：存在一个串行调度等价于实际并发执行

== 选择建议 ==

选择隔离级别时需权衡：
* '''数据一致性'''要求越高，隔离级别应越高
* '''性能'''要求越高，隔离级别应越低
* 常见实践：
  ** 读密集型应用：读已提交
  ** 财务系统：可重复读或可串行化
  ** 报表系统：读未提交（不要求精确性时）

== 总结 ==

事务隔离级别是数据库并发控制的核心机制，开发者应根据应用场景选择适当的级别。理解每种级别的特性和潜在问题，有助于设计出既高效又可靠的数据库应用。

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