数据库隔离级别及原理解决方案
隔离性的4个级别
在理解隔离性级别时，很容易混淆“幻读”与“不可重复读”的问题。这里先对4个隔离性级别给出概览；然后分析原理，从实现角度理解各种问题；最后作出总结。
概览
关注隔离性的4个级别，包括读未提交（Read Uncommitted）、读已提交（Read Committed）、可重复读（Repeatable Read）、可序列化（Serializable）；及其对应的问题，包括脏读、不可重复读、幻读。
读未提交
读未提交是数据库应保证的最低的隔离性级别：事务中的修改，即使没有提交，对其他事务也都是可见的。
读未提交面临脏读的问题：事务可以读取未提交的数据，而该数据可能在未来因回滚而消失。从性能上来说，读未提交不会比其他的级别好太多，但却缺乏其他级别的很多好处。除非真的有非常必要的理由，在实际应用中很少使用。
读已提交
读已提交满足前面提到的隔离性的简单定义：一个事务所做的修改在最终提交以前，对其他事务是不可见的。换句话说，一旦提交，该事务所作的修改对其他正在进行中的事务就是可见的。
狭义上，读已提交解决了脏读的问题。这个级别有时候叫做不可重复读，面临不可重复读的问题：两次执行同样的查询，如果第二次读到了其他事务提交的结果，则会得到不一样的结果。
大多数数据库的默认隔离级别都是Read Committed，但MySQL不是。
可重复读
在读已提交的基础上，可重复读解决了部分不可重复的问题：同一个事务中多次读取同样记录结果是一致的。记录指具体的数据行。
未能解决的那部分称为幻读：当某个事务在读取目标范围内的记录时，另一个事务又在该范围内插入了新的记录，当之前的事务再次读取该范围的记录时，会产生第一次读取范围时不存在的幻行（Phantom Row）。需要注意的是，只有插入会产生幻行。
MySQL的默认隔离级别是可重复读，有幻读问题。
可序列化
可序列化是最高的隔离级别：强制事务序列化执行。
可序列化解决了幻读问题。简单来说，可序列化会在目标范围加独占锁，将并发读写相同范围数据的请求序列化。可序列化会导致大量的超时和锁争用问题，因此，实际应用中很少用到这个隔离级别，只有在非常需要确保数据的一致性而且可以接受没有并发的情况下，才考虑采用该级别。
原理
讨论基于锁的并发控制中，4种隔离性级别的实现原理。重点关注读锁（read lock，或称共享锁）、写锁（write lock，或称排它锁）、范围锁（range lock）、锁的持有时间等概念。
读锁又称为共享锁，共享锁就是多个事务共享一把锁，都能访问到数据，但都只能读不能修改。
写锁又称为排他锁，排他锁和其他事务不能共存，如果一个事务获取了一个数据行的排他锁，其他的事务不可以再获取到该数据行的任何锁，获取到排他锁的数据行可以对行进行读取和修改，没有获取到锁的数据行 不能 读取和修改。
mysql的innoDB引擎默认修改的语句都会加上排他锁，比如update insert delete
范围锁针对目标范围，一般是指sql语句中where约束的范围
读未提交
读未提交的实现：读锁、写锁都在一个原子操作（如select、insert等）完成后立即释放。换句话说，事务作出更新后，不管是否提交，都会释放目标记录的写锁，更新对其他事务就是可见的。
读未提交存在脏读问题，假设操作序列：
1. 事务1开始
2. 事务1读取目标记录
3. 事务2开始
4. 事务2修改目标记录
5. 事务1读取目标记录 // 读取到了操作4的修改
6. 事务2回滚
7. 事务1提交
操作5中，事务1读到了事务2修改但未提交的记录，然后事务2回滚导致修改丢失，也就称事务1读到了“脏数据”（即不存在的数据），即脏读。
区分目标记录与目标范围（见后文可重复读的实现原理）：
- 目标记录指一个具体的数据行；读锁、写锁只针对目标记录。
- 目标范围指一个where语句描述的范围；范围锁针对目标范围，见后。
读已提交
出现脏读的原因是写锁的持有时间过短。读已提交针对这一问题作出了优化：读锁仍然在一个原子操作完成后立即释放；写锁从写操作开始持有，事务提交后释放。事务作出更新前，会先申请目标记录的写锁，并持续持有至事务提交后，释放写锁后，更新对其他事务才是可见的。
对于 读未提交 中的操作序列，操作5发生时，由于事务2持有目标记录的写锁，事务1读取目标记录会阻塞，直到事务2提交释放该写锁，所以 读已提交 解决了脏读问题。
读已提交还存在不可重复读问题。假设操作序列：
1. 事务1开始
2. 事务1读取目标记录
3. 事务2开始
4. 事务2修改目标记录
5. 事务2提交
6. 事务1修改目标记录
7. 事务1提交
操作5完成后，事务2的修改对事务1可见，从而操作6中，事务1会读到修改，与操作2的结果不同，因此修改结果无法保证正确（如根据操作2读取的结果做修改）；但是事务1在此之前未对目标记录作出任何修改，因此事务1进行操作6时的状态理应与操作2后一致（回顾事务的一致性要求）。以上即为不可重复读。
不可重复读与脏读之间存在交叉。脏读侧重读到不应存在的数据。不可重复读强调两次相同查询的结果不一样。实际上，可以将描述放宽到“目标记录修改时的状态不符合预期状态”。
可重复读
解决不可重复读可以使用两种方法：
- 悲观策略（悲观锁）：串行化
- 乐观策略（乐观锁）：多版本 + 冲突检测
悲观策略：串行化
“串行化”不需要解释，放弃并发、串行执行，当然不存在任何问题。
“串行化”的可重复读实现是：读锁、写锁都从读、写操作开始持有，事务提交后释放。与读已提交的实现相比，可重复读延长读锁的持有时间直到事务提交后，在此期间，目标记录无法被修改。
1. 事务1开始
2. 事务1读取目标记录
3. 事务2开始
4. 事务2修改目标记录
5. 事务2提交
6. 事务1修改目标记录
7. 事务1提交
对于读已提交中的操作序列，操作2发生时，事务1开始持有目标记录的读锁，导致事务2的操作4会陷入阻塞，直到事务1提交释放锁。
“串行化”不同于“可序列化”。为了区分，前、后文中均将隔离性级别称为“可序列化”，将此处的悲观策略称为“串行化”。
乐观策略：多版本 + 冲突检测
“多版本 + 冲突检测”是更常见的实现方案：多个事务采用多个版本，最后提交时检测是否与当前数据版本冲突，如果冲突则报错提醒，否则成功提交。
“多版本 + 冲突检测”的可重复读实现是：事务开始时持有当前数据的快照，读写均不冲突，提交时检测修改的快照与当前数据是否冲突。使用乐观的冲突检测策略代替悲观的锁策略，在中低程度的并发情况下性能更好。
对于读已提交中的操作序列，事务1、2各自持有快照，在操作4修改自己版本的目标记录后，操作5提交事务2，检测不冲突（假设没有其他事务），合并到当前数据，当前数据完成修改；然后操作6继续修改自己版本的目标记录，操作7提交事务1，发现自己版本的快照修改后的记录 与 当前数据应用事务操作后的结果 冲突，给出报错。
关于快照冲突检测：各事务对自己的快照修改操作。把自己快照修改后的结果 与 当前数据应用事务操作后的结果对比，相同，则无冲突，反之。
幻读问题
幻读是一种特殊的不可重复读。
为什么会出现幻读问题呢？
Java的内置锁以对象为单位，RDBMS的锁呢？前面的注释中略有介绍。为了提高并发性能，简单的以数据表、数据库为单位实现锁的性能过低；标准SQL中，读、写锁以记录（数据行）为单位。范围锁以范围（逻辑上的范围，用where描述）为单位。如果没有范围锁，那么显然读、写锁只能“锁”在已存在的记录上。假设操作序列，这次具体一些：
1. 事务1开始
2. 事务1统计表内数据的总行数
3. 事务2开始
4. 事务2插入一条新纪录
5. 事务2提交
6. 事务1利用“旧的总行数+新的数据表内容”计算区分度
7. 事务1提交
该操作序列是读已提交中操作序列的一个具体实例。因此，可以解决部分不可重复读问题，不能解决的那部分就是幻读了。
以基于锁的“串行化”方案为例（“多版本+并发冲突”同理），假设不使用范围锁，则幻读表现如下：由于事务2插入的记录不获取锁，操作2获取的读锁无法发挥作用，操作5提交事务2后，新记录就对事务1可见了；操作6读取时，事务1认为一致性依然满足，便使用了旧的总行数，并重新读表计算distinct count，却读到了一条意料之外的新纪录，破坏了一致性——好像出现了幻觉一样，这条新纪录就被称为“幻行”，该现象即“幻读”。
可序列化
对于基于锁的“串行化”方案，可序列化实现：从各操作开始前持有读锁、写锁、范围锁，直到事务提交后释放。
对于“多版本 + 冲突检测”方案，可序列化基于更严格的写冲突检测来实现，详见“快照隔离”技术，此处不展开。
范围锁如何解决幻读问题呢？
范围锁是一个逻辑概念上的锁，事务从读、写操作（带显式或隐式where）开始前持有范围锁，直到事务提交后释放。忽略读、写锁，对可重复读中操作序列的影响如下：操作2中事务1获取了目标范围上的范围锁，操作4发现目标范围被锁，陷入阻塞，直到操作7事务提交。
隔离性级别的总结
各隔离级别解决了不同的问题。"Y"说明存在问题，"-"说明不存在：
| 隔离级别/问题 | 脏读 | 不可重复读 | 幻读 |
|---|---|---|---|
| 读未提交 | Y | Y | Y |
| 读已提交 | - | Y | Y |
| 可重复读 | - | - | Y |
| 可序列化 | - | - | - |
在基于锁的并发控制中，依靠不同的锁持有时间实现各隔离级别。锁均从操作前开始持有，"S"表示操作结束后释放，"C"表示事务提交后释放：
| 隔离级别/问题 | 脏读 | 不可重复读 | 幻读 |
|---|---|---|---|
| 读未提交 | S | S | S |
| 读已提交 | C | S | S |
| 可重复读 | C | C | S |
| 可序列化 | C | C | C |
MySQL的默认隔离级别是可重复读，解决了脏读、部分不可重复读问题，有幻读问题。
