前言
本篇文章将以事务为主线，分别介绍事务的基本特性、事务并发问题、封锁协议、隔离级别及基本实现，最后简单介绍下 MySQL 对标准的隔离级别规范的实现。
事务基本特性
- 原子性(Atomicity)
要么全部完成，要么全部不完成。
- 一致性(Consistency)
一个事务单元需要提交之后才会被其它事务可见。
- 隔离性(Isolation)
并发事务之间不会相互影响。
- 持久性(Durability)
事务提交后即持久化到存储设备上。
注意，隔离性和一致性是有冲突的，有时候为了提高性能，会适度的破坏一致性，而这个权衡的结果会造成事务并发问题。
事务并发问题
丢失修改
回滚覆盖：回滚一个事务时，在该事务内的写操作要回滚，把其它已提交的事务写入的数据覆盖了。
提交覆盖：提交一个事务时，把其它已提交的事务写入的数据覆盖了。
上图描述的是回滚覆盖问题。脏读
一个事务读取到另一个未提交事务修改过的数据。
不可重复读
一个事务中先后根据相同条件读取到的数据不一致。强调更新和删除操作。
幻读
一个事务中先后根据相同条件读取的数据记录数不一致。强调新增操作。
封锁协议
封锁类型
为了解决并发问题，数据库系统引入了锁锁机制。在事务T对某个数据对象操作之前，先向系统发出请求对其加锁。基本的封锁类型有两种，排它锁(Exclusive locks 简记为X锁) 和 共享锁(Share locks 简记为S锁)，其中前者又称写锁，后者又称读锁。
- 排它锁（X锁）：若事务T对数据对象A加上X锁，其它任何事务都不能在对A加任何类型的锁，直到事务T释放A上的锁为止。这就保证了其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A。
- 共享锁（S锁）：若事务T对数据对象A加上S锁，其它事务只能再对A加S锁而不能加X锁，直到事务T释放A上的S锁为止。
封锁协议
在运用X锁和S锁对数据对象加锁时，还需要约定一些规则，例如何时申请X锁或S锁、持锁时间、何时释放等，称这些加锁规则为封锁协议（Locking Protocol）。对封锁方式规定不同的规则，就形成了各种不同的封锁协议。
一级封锁协议
定义：事务T在修改数据R之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放。事务结束包括正常结束（COMMIT）和非正常结束（ROLLBACK）。
说明：一级封锁协议可以防止丢失修改，并保证事务T是可恢复的。使用一级封锁协议可以解决丢失修改问题。在一级封锁协议中，如果仅仅是读数据不对其进行修改，是不需要加锁的，它不能保证可重复读和不读“脏”数据。二级封锁协议
定义：一级封锁协议基础上加事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，读完后方可释放S锁。
说明：二级封锁协议除防止了丢失修改，还可以进一步防止读“脏”数据。但在二级封锁协议中，由于读完数据后即可释放S锁，所以它不能保证可重复读。三级封锁协议
定义：一级封锁协议基础上加事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，直到事务结束才释放。
说明：三级封锁协议除防止了丢失修改和不读“脏”数据外，还进一步防止了不可重复读。
上述三级协议的主要区别在于什么操作需要申请封锁，以及何时释放。
事务隔离级别
为了解决事务并发问题，进行并发控制，数据库系统提供了四种事务隔离级别。本质上三级封锁协议反映在实际的数据库系统上，就是四种事务隔离机制。总的来说，四种事务隔离机制就是在逐渐的限制事务的自由度，以满足对不同并发控制程度的要求。
隔离级别
- 读未提交(Read Uncommitted)
可以读取未提交的记录，会出现脏读，幻读，不可重复读，所有并发问题都可能遇到。
- 读已提交(Read Committed)
只能读取到已经提交的数据。不会出现脏读现象，但是会出现幻读，不可重复读；（大多数数据库的默认隔离级别都是 RC，但是 MySQL InnoDb 默认是 RR）。
- 可重复读(Repeated Read)
在同一个事务内的查询都是事务开始时刻一致的，MySQL InnoDb 默认的隔离级别，解决了不可重复读问题，但是仍然存在幻读问题。
- 串行化(Serializable)
所有的增删改查串行执行，啥并发问题都没有。
需要明确的是，以上的隔离级别是在SQL规范层面的定义，不同数据库的实现方式和使用方式并不相同，类似于JVM规范和JVM厂商的关系。
传统的隔离级别实现
SQL 规范中定义的四种隔离级别，分别是为了解决事务并发时可能遇到的四种问题，至于如何解决，实现方式是什么，规则中并没有严格定义。锁作为最简单最显而易见的实现方式被广为人知，因此我们在讨论某个隔离级别的时候，通常会说这个隔离级别的加锁方式是什么样的。其实，锁只是实现隔离级别的方式之一，除了锁，实现并发问题的方式还有时间戳，多版本控制等等，这些也可以称为无锁的并发控制。
采用基于锁的并发控制实现，通过对读写操作加不同的锁，以及对释放锁的时机进行不同的控制，就可以实现四种隔离级别。
MySQL事务隔离级别
虽然数据库的四种隔离级别通过基于锁的并发控制（Lock-Based Concurrent Control，简写 LBCC） 技术都可以实现，但是它最大的问题是只实现了并发的读读，对于并发的读写还是冲突的，写时不能读，读时不能写，当读写操作都很频繁时，数据库的并发性将大大降低。针对这种场景，MVCC 技术应运而生，全称叫做 Multi-Version Concurrent Control（多版本并发控制），为了兼容落后的规范，数据库引擎厂商都想办法贴近四大隔离级别，但是和标准可能会有差别。
InnoDB 对事务隔离级别的实现依赖两个重要手段：LBCC、MVCC(多版本并发控制)。MVCC 可以认为是对锁机制的优化，让普通 SELECT 避免加锁，同时保证事务隔离级别的语义。
InnoDB 默认的事务隔离级别是 RR 隔离级别，它采用通过 MVCC 和 间隙锁 解决了标准的 RR 级别下存在的幻读问题。因为 幻读 的这个读字在 MySQL 里本身就存在歧义，这个读指的是快照读还是当前读呢？如果是快照读，MySQL 通过版本链来保证同一个事务里每次查询得到的结果集都是一致的；如果是当前读，MySQL 通过间隙锁保证其他事务无法插入新的数据，从而避免幻读问题。当然，如果场景中一会是快照读，一会是当前读，导致幻读现象，那就太为难 MySQL 了。
InnoDB 对串行化隔离级别是通过 临键锁 实现的，普通 SELECT 语句使用 S临键锁，当前读语句使用 X临键锁，加锁规则和 RR 隔离级别一致。
小结
本篇文章主要对事务隔离级别的规范以及传统实现原理进行了介绍，并对 MySQL 的事务隔离级别的实现进行了简单说明。有了对事务整体的深入了解，对于理解 MySQL 中的锁机制、MVCC 原理会有很大的帮助。如果不知道事务隔离级别的基本实现，或者不清楚事务隔离级别和锁的关系，那么对于 MySQL 只能是管中窥豹。关于锁机制、MVCC原理会在后面的文章详细说明。