一、引言

在数据库操作中，事务的处理至关重要，它确保了数据的完整性和一致性。然而，当多个事务并发执行时，就可能出现各种问题。这篇文章将深入探讨数据库事务隔离级别与锁，帮助大家理解其原理，并掌握在实际应用中如何运用它们来确保数据的正确性。

二、事务的四个基本特征

（一）原子性（Atomicity）

事务中的所有操作被视为一个不可分割的逻辑单元，要么全部成功执行，要么全部失败回滚。例如，在银行转账操作中，从一个账户扣款和向另一个账户存款这两个操作必须作为一个整体完成，否则就会出现数据不一致的情况。

（二）一致性（Consistency）

只有合法的数据才能被写入数据库，若事务执行过程中出现违反数据完整性约束等情况，事务将回滚到初始状态，以保证数据库始终处于一致的状态。

（三）隔离性（Isolation）

多个事务可以并发访问同一数据，但每个事务都感觉不到其他事务的存在，它们对数据的修改相互独立，互不干扰。这就好比多个用户同时在图书馆借阅同一本书，但每个人的借阅操作都不会影响其他人的借阅记录。

（四）持久性（Durability）

一旦事务提交成功，其对数据库的修改将永久保存，即使系统发生故障也不会丢失。这就像我们在纸上写下的重要信息，不会因为纸张的轻微损坏而消失。

三、为什么需要事务并发控制

（一）丢失更新（Lost Update）

假设两个事务同时更新一行数据，事务A先读取数据并进行修改，事务B也读取相同数据并修改，然后事务B先提交，事务A后提交，此时事务A的更新就会覆盖事务B的更新，导致事务B的修改丢失。

（二）脏读（Dirty Reads）

事务A读取了事务B未提交的数据，而事务B随后回滚，那么事务A读取到的数据就是无效的“脏数据”。例如，事务B在修改一个员工的工资后未提交，事务A读取了这个修改后的工资，但事务B回滚了该操作，事务A就得到了错误的工资信息。

（三）不可重复读（Non-repeatable Reads）

事务A在同一事务中多次读取同一行数据，期间事务B修改并提交了该行数据，导致事务A在后续读取中得到不同结果。比如，事务A查询员工的工资，第一次查询为5000元，在事务A还未结束时，事务B将该员工工资更新为6000元并提交，事务A再次查询时就会得到不同的结果。

（四）第二类丢失更新（Second lost updates problem）

两个并发事务同时读取同一行数据，然后都对其进行修改并提交，后提交的事务会覆盖先提交事务的修改，导致第一次写操作失效。

（五）幻读（Phantom Reads）

事务A在执行两次查询操作时，第二次查询结果中包含了第一次查询中未出现的数据，这是因为在两次查询之间有其他事务插入了新数据。例如，事务A查询员工表中所有工资大于5000元的员工，第一次查询有10人，在事务A还未结束时，事务B插入了一名工资大于5000元的新员工并提交，事务A再次查询时就会发现有11人，仿佛出现了“幻影”数据。

四、数据库的隔离级别

（一）读未提交（Read Uncommitted）

在这个隔离级别下，一个事务可以读取到另一个未提交事务修改的数据，这是最不安全的隔离级别，但并发性能最高。例如，事务A未提交对员工工资的修改，事务B就可以读取到这个修改后但未确定的工资值。

（二）读提交（Read Committed）

只有当一个事务提交后，其他事务才能读取到其修改的数据。这能避免脏读问题，但仍可能出现不可重复读和幻读。比如，事务A提交了员工工资的修改后，事务B才能读取到更新后的工资值。

（三）可重复读（Repeatable Read）

在同一事务中，对同一数据的多次读取结果始终保持一致，可防止不可重复读，但可能出现幻读。例如，事务A在整个事务过程中多次查询员工工资，无论其他事务如何修改该员工工资并提交，事务A得到的结果始终相同。

（四）序列化（Serializable）

事务串行执行，完全避免了并发问题，但并发性能最低。就像多个事务依次排队执行，不会出现相互干扰的情况。

（五）隔离级别对并发异常的控制能力表格

（六）代码示例

以下是在MS_SQL中设置隔离级别的示例：

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--事务一
set transaction isolation level serializable
begin tran
insert into test values('xxx')
--事务二
set transaction isolation level read committed
begin tran
select * from test
--事务三
set transaction isolation level read uncommitted
begin tran
select * from test

在ORACLE中：

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--事务一
set transaction isolation level serializable;
insert into test values('xxx');
select * from test;
--事务二
set transaction isolation level read committed--ORACLE默认级别
select * from test

五、锁

（一）锁的兼容性表格

（二）锁的类型与作用

1. 共享锁（S）：多个事务可以同时获取同一数据资源的共享锁，用于只读操作，互不干扰。例如，多个事务同时查询员工表时，可以都获取共享锁。
2. 更新锁（U）：用于事务准备更新数据时，先获取更新锁，此时其他事务可以获取共享锁，但不能获取排它锁。当事务确定要进行更新操作时，会将更新锁升级为排它锁。
3. 排它锁（X）：用于对数据进行写操作时，获取排它锁后，其他事务不能再获取任何类型的锁，直到该事务释放排它锁。比如，一个事务在更新员工工资时，会获取排它锁，防止其他事务同时修改。

（三）查看锁的方法

1. ORACLE：

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select object_name,session_id,os_user_name,oracle_username,process,locked_mode,status
from v$locked_object l, all_objects a
where l.object_id=a.object_id;

2. MS_SQL：

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EXEC SP_LOCK

（四）锁的升级与降级

在某些情况下，锁会进行升级或降级操作。例如，当一个事务最初获取了共享锁，在准备更新数据时，可能会将共享锁升级为排它锁；而当一个事务完成写操作后，可能会将排它锁降级为共享锁或释放锁。

（五）锁的等待与超时

当一个事务申请的锁与其他事务已持有的锁不兼容时，该事务可能需要等待。数据库通常会设置锁等待超时时间，如果超过这个时间，事务可能会失败并抛出错误。

（六）死锁问题及解决方法

1. 死锁发生的场景：当两个或多个事务相互等待对方释放锁时，就会发生死锁。例如，事务A获取了资源X的锁，等待获取资源Y的锁；而事务B获取了资源Y的锁，等待获取资源X的锁，此时就形成了死锁。
2. 解决方法：
   • 数据库通常会自动检测死锁，并选择一个事务进行回滚，释放其持有的锁，让其他事务继续执行。
   • 优化事务的执行顺序，尽量避免多个事务同时请求相互依赖的资源。
   • 减少事务持有锁的时间，尽快完成事务操作并释放锁。

六、隔离级别与锁的关系

不同的隔离级别通过使用不同类型和强度的锁来实现对并发事务的控制。例如，序列化隔离级别可能会使用更多的排它锁来确保事务串行执行，而读提交隔离级别则会在事务提交时释放共享锁，允许其他事务读取已提交的数据。

七、注意事项

（一）事务处理步骤

1. 开启事务。
2. 根据操作需求申请合适的锁（共享锁或排它锁）。
3. 如果锁申请失败，结束事务，稍后重试。
4. 锁申请成功后，进行数据编辑操作。
5. 写入编辑结果。
6. 如果写入成功，提交事务；如果写入失败，回滚事务，释放锁，恢复到操作前状态。

（二）多表操作的锁处理

在对多个表进行操作时，最好同时获取所有相关表的锁，或者确保操作顺序的正确性，以避免出现数据不一致的情况。虽然同时获取所有表的锁可能会降低一些效率，但能更好地保证数据的完整性。

八、总结

数据库事务隔离级别与锁是确保数据库数据正确性和完整性的重要机制。通过合理设置隔离级别和正确使用锁，可以在并发事务处理中平衡性能和数据安全。理解事务的基本特征、并发操作可能出现的问题、各种隔离级别的特点以及锁的工作原理，是每个数据库开发者和管理员必须掌握的知识，这将有助于构建高效、可靠的数据库应用系统。

希望这篇文章能够帮助大家更好地理解数据库事务隔离级别与锁，如有不足之处，欢迎大家指正。