MySQL事务与并发之：`事务`与`SQL`语句：如何将`SQL`语句包装在`事务`中。

MySQL事务与并发之：事务与SQL语句：如何将SQL语句包装在事务中

大家好，今天我们来深入探讨MySQL事务与并发控制，重点讲解如何将SQL语句有效地包装在事务中。事务是数据库管理系统中至关重要的概念，它保证了一系列操作要么全部成功执行，要么全部不执行，从而维护数据的完整性和一致性。尤其在高并发环境下，事务的正确使用更是至关重要。

1. 事务的基本概念

首先，我们需要理解事务的ACID特性：

• 原子性（Atomicity）： 事务是一个不可分割的工作单位，事务中的操作要么全部发生，要么全部不发生。
• 一致性（Consistency）： 事务必须使数据库从一个一致性状态变换到另一个一致性状态。这意味着事务执行前后，数据库的完整性约束没有被破坏。
• 隔离性（Isolation）： 并发执行的事务之间应该相互隔离，一个事务的执行不应该受到其他事务的干扰。
• 持久性（Durability）： 一旦事务提交，其结果就是永久性的，即使系统发生故障也不会丢失。

2. MySQL事务的开启、提交与回滚

在MySQL中，我们可以通过以下SQL语句来控制事务：

• START TRANSACTION (或 BEGIN): 显式地开启一个事务。
• COMMIT: 提交事务，将事务中的所有更改永久保存到数据库。
• ROLLBACK: 回滚事务，撤销事务中的所有更改，使数据库回到事务开始之前的状态。

默认情况下，MySQL是自动提交模式（autocommit=1）。这意味着每个SQL语句都会被当作一个独立的事务来执行，并立即提交。为了使用事务，我们需要禁用自动提交，然后再显式地开启事务。

禁用自动提交：

SET autocommit = 0;

示例：一个简单的转账事务

假设我们有一个accounts表，包含id（账户ID）和balance（余额）两个字段。我们需要实现一个从账户A向账户B转账的事务。

-- 禁用自动提交
SET autocommit = 0;

-- 开启事务
START TRANSACTION;

-- 从账户A扣款
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;

-- 向账户B加款
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;

-- 提交事务
COMMIT;

-- (可选) 恢复自动提交
SET autocommit = 1;

在这个例子中，如果扣款操作成功，但加款操作失败（例如，账户B不存在），那么我们需要回滚事务，以确保账户A的余额不会被错误地扣减。

-- 禁用自动提交
SET autocommit = 0;

-- 开启事务
START TRANSACTION;

-- 从账户A扣款
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;

-- 模拟加款操作失败 (账户B不存在)
-- INSERT INTO accounts (id, balance) VALUES (999, 0); -- 模拟错误语句
-- ROLLBACK; -- 用于模拟测试，实际场景中需要更完善的错误处理

-- 向账户B加款
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;

-- 提交事务
COMMIT;

-- (可选) 恢复自动提交
SET autocommit = 1;

如果因为某些原因（例如，插入语句错误），我们需要回滚事务，可以使用ROLLBACK命令。数据库将会撤销事务中所有已执行的更改，恢复到事务开始之前的状态。注意，如果加款操作失败，rollback语句在实际的生产环境中应该放在错误处理的逻辑中。

3. 使用编程语言处理事务

在实际应用中，我们通常会使用编程语言（例如，Java, Python, PHP）来操作数据库。下面以Python为例，演示如何使用pymysql库来处理MySQL事务。

import pymysql

# 数据库连接信息
db_config = {
    'host': 'localhost',
    'port': 3306,
    'user': 'your_user',
    'password': 'your_password',
    'database': 'your_database',
    'charset': 'utf8mb4',
    'cursorclass': pymysql.cursors.DictCursor  # 返回字典类型的 cursor
}

def transfer_money(from_account_id, to_account_id, amount):
    """
    从一个账户向另一个账户转账。

    Args:
        from_account_id: 转出账户ID。
        to_account_id: 转入账户ID。
        amount: 转账金额。
    """
    connection = None
    try:
        # 建立数据库连接
        connection = pymysql.connect(**db_config)
        # 获取游标
        with connection.cursor() as cursor:
            # 禁用自动提交
            connection.autocommit(False)

            # 开启事务
            try:
                # 从账户A扣款
                sql_debit = "UPDATE accounts SET balance = balance - %s WHERE id = %s"
                cursor.execute(sql_debit, (amount, from_account_id))

                # 检查扣款操作是否成功
                if cursor.rowcount != 1:
                    raise Exception(f"Debit failed for account {from_account_id}")

                # 向账户B加款
                sql_credit = "UPDATE accounts SET balance = balance + %s WHERE id = %s"
                cursor.execute(sql_credit, (amount, to_account_id))

                # 检查加款操作是否成功
                if cursor.rowcount != 1:
                    raise Exception(f"Credit failed for account {to_account_id}")

                # 提交事务
                connection.commit()
                print("Transfer successful!")

            except Exception as e:
                # 回滚事务
                connection.rollback()
                print(f"Transfer failed: {e}")
            finally:
                connection.autocommit(True) # 恢复自动提交。

    except pymysql.MySQLError as e:
        print(f"Database connection error: {e}")
    finally:
        # 关闭连接
        if connection:
            connection.close()

# 调用转账函数
transfer_money(1, 2, 100)

这个示例代码展示了如何使用pymysql库来开启事务、执行SQL语句、提交或回滚事务，并处理可能出现的异常。 关键点在于使用connection.autocommit(False)禁用自动提交，以及在 try...except 块中处理可能发生的异常并进行回滚操作。 finally子句确保了autocommit被恢复，连接被关闭，避免资源泄露。

4. 事务的隔离级别

MySQL支持四种事务隔离级别，分别是：

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
READ UNCOMMITTED	是	是	是
READ COMMITTED	否	是	是
REPEATABLE READ	否	否	是
SERIALIZABLE	否	否	否

• READ UNCOMMITTED（未提交读）： 最低的隔离级别，允许读取尚未提交的数据。会导致脏读。
• READ COMMITTED（提交读）： 只允许读取已经提交的数据。可以避免脏读，但可能出现不可重复读。
• REPEATABLE READ（可重复读）： 保证在同一个事务中多次读取同一数据的结果是一致的。可以避免脏读和不可重复读，但可能出现幻读。这是MySQL的默认隔离级别。
• SERIALIZABLE（串行化）： 最高的隔离级别，强制事务串行执行，可以避免所有并发问题。但性能开销最大。

可以使用以下SQL语句设置事务隔离级别：

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;

例如，要将当前会话的事务隔离级别设置为READ COMMITTED，可以执行以下语句：

SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

要设置全局的事务隔离级别，可以使用以下语句：

SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

注意：设置全局隔离级别需要SUPER权限，并且会影响所有新的连接。

5. 显式锁与隐式锁

为了保证事务的隔离性，MySQL使用锁机制来控制并发访问。

• 隐式锁： 当事务执行UPDATE、DELETE、INSERT等操作时，MySQL会自动为涉及的行添加锁。这些锁会在事务提交或回滚时释放。

• 显式锁： 可以使用SELECT ... FOR UPDATE或SELECT ... LOCK IN SHARE MODE语句显式地为行添加锁。

  • SELECT ... FOR UPDATE：获取排他锁（Exclusive Lock），也称为写锁。其他事务不能读取或修改被锁定的行，直到当前事务提交或回滚。
  • SELECT ... LOCK IN SHARE MODE：获取共享锁（Shared Lock），也称为读锁。其他事务可以读取被锁定的行，但不能修改，直到当前事务提交或回滚。

示例：使用SELECT ... FOR UPDATE解决并发更新问题

假设多个用户同时尝试更新同一账户的余额。如果不使用锁，可能会导致并发更新问题。

-- 开启事务
START TRANSACTION;

-- 获取账户余额并锁定该行
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE;

-- 模拟一些业务逻辑，例如计算新的余额
SET @new_balance = 1000 - 100;

-- 更新账户余额
UPDATE accounts SET balance = @new_balance WHERE id = 1;

-- 提交事务
COMMIT;

在这个例子中，SELECT ... FOR UPDATE语句会锁定accounts表中id为1的行。其他事务如果尝试使用SELECT ... FOR UPDATE语句锁定同一行，将会被阻塞，直到当前事务提交或回滚。这样可以避免并发更新问题。

6. 死锁与避免

死锁是指两个或多个事务相互等待对方释放锁，导致所有事务都无法继续执行的情况。

示例：一个简单的死锁场景

事务A：

START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
COMMIT;

事务B：

START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
COMMIT;

如果事务A先锁定了accounts表中id为1的行，然后尝试锁定id为2的行。同时，事务B先锁定了id为2的行，然后尝试锁定id为1的行。此时，两个事务就会相互等待对方释放锁，导致死锁。

避免死锁的常用方法：

• 一致的加锁顺序： 所有事务都按照相同的顺序锁定资源。例如，在上面的例子中，可以规定所有事务都先锁定id为1的行，然后再锁定id为2的行。
• 避免长时间持有锁： 尽量缩短事务的执行时间，减少锁的持有时间。
• 使用较低的隔离级别： 在满足业务需求的前提下，尽量使用较低的隔离级别，减少锁的竞争。
• 设置锁等待超时时间： 可以使用innodb_lock_wait_timeout参数设置锁等待超时时间。当事务等待锁的时间超过超时时间时，MySQL会自动回滚该事务，从而避免死锁。

可以使用以下SQL语句查看当前数据库中的死锁信息：

SHOW ENGINE INNODB STATUS;

7. 嵌套事务

MySQL本身不支持真正的嵌套事务。 虽然你可以尝试在已经开启的事务中再次使用START TRANSACTION，但实际上这并不会开启一个新的、独立的事务。 效果取决于存储引擎。

• 对于InnoDB，第二个START TRANSACTION 会被视为第一个事务的延续。 COMMIT 或 ROLLBACK 会影响最外层的事务。
• 其他的存储引擎可能行为未定义，或者根本不支持事务。

模拟嵌套事务的常见方法

虽然不能真正嵌套事务，但可以通过保存点 (Savepoints) 来模拟类似的效果。 保存点允许你在事务中创建一个标记，然后可以回滚到该标记，而不是整个事务。

SET autocommit = 0;
START TRANSACTION;

-- 执行一些操作
UPDATE table1 SET column1 = value1 WHERE condition1;

-- 创建保存点
SAVEPOINT savepoint1;

-- 执行更多操作
UPDATE table2 SET column2 = value2 WHERE condition2;

-- 回滚到保存点
ROLLBACK TO savepoint1;

-- 继续执行其他操作
UPDATE table3 SET column3 = value3 WHERE condition3;

-- 提交整个事务
COMMIT;

在这个例子中，如果需要在更新table2之后撤销更改，可以回滚到savepoint1。但是，回滚到保存点并不会影响之前对table1的更改。 只有最终的COMMIT或ROLLBACK才会决定事务的最终结果。

8. 总结：事务是保证数据一致性的关键

事务是数据库管理系统中不可或缺的一部分，它通过ACID特性保证了数据的完整性和一致性。理解事务的基本概念、隔离级别、锁机制以及如何使用编程语言来处理事务，对于开发高质量的数据库应用至关重要。同时，需要注意死锁的发生，并采取相应的措施来避免死锁。虽然MySQL不支持真正的嵌套事务，但是可以通过保存点来模拟类似的效果。