SQLSERVER 的四个事务隔离级别到底怎么理解？

2023-02-02 今日头条一线码农聊技术

一：背景

1. 讲故事

在有关SQLSERVER的各种参考资料中，经常会看到如下四种事务隔离级别。

READ UNCOMMITTED
READ COMMITTED
SERIALIZABLE
REPEATABLE READ

随之而来的是大量的文字解释，还会附带各种脏读, 幻读, 不可重复读常常会把初学者弄得晕头转向，其实事务的本质就是隔离，落地就需要锁机制，理解这四种隔离方式的花式加锁，应该就可以入门了，那如何可视化的观察锁过程呢？这里借助 SQL Profile 工具。

二：四种事务隔离方式

1. 测试数据准备

还是用上一篇创建的 post 表，脚本如下：


CREATE TABLE post(id INT IDENTITY,content char(4000))
GO

INSERT INTO dbo.post VALUES('aaa')
INSERT INTO dbo.post VALUES('bbb')
INSERT INTO dbo.post VALUES('ccc');
INSERT INTO dbo.post VALUES('ddd');
INSERT INTO dbo.post VALUES('eee');
INSERT INTO dbo.post VALUES('fff');

有了测试数据之后，我们按照隔离级别高 -> 低的顺序来观察吧。

2. SERIALIZABLE 事务

事务串行化其实很好理解，如果要在 C# 中找对应那就是 ReaderWriterLock，读写事务是完全排斥的，接下来把 SQLSERVER 的隔离级别调整为 SERIALIZABLE。


SET TRAN ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE
GO

BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post WHERE id=3
COMMIT

打开 profile，选择 lock:Acquired, lock:Released，SQL:StmtStarting 选项，开启观察。

从图中可以清楚的看到，SQLSERVER 直接对 post 附加了 S 锁，在 COMMIT 之后才真正的释放，在 S 锁期间， Insert 和 Update 引发的 X 锁是进不来的，所以就会存在相互阻塞的情况，也许这就是串行化的由来吧。

sqlserver 是一个支持多用户并发的数据库程序，如果锁粒度这么粗，必定给并发带来非常大的负面影响，不过文章开头的那三个指标脏读, 幻读, 不可重复读肯定都是不会出现的。

2. REPEATABLE READ 事务

什么叫可重复读呢？简而言之就是同一个 select 查询执行二次，不会出现记录修改的情况，在真实场景中两次 select 查询期间，可能会有其他事务修改了记录，如果当前是 REPEATABLE READ 模式，这是被禁止的，接下来的问题是如何落地实现呢？我们来看看 SQLSERVER 是如何做到的，参考sql 如下：


SET TRAN ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
GO

BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post WHERE id=3
COMMIT

这个图可能有些朋友看不懂，我稍微解释一下吧，数据库由数据页Page组成，数据页由记录RID 组成，有了这个基础就好理解了, SQLSERVER 会在事务期间把 1:489:0 也就是 id=3 这个记录全程附加 S 锁，直到事务提交才释放 S 锁，在事务期间任何对它修改的 X 锁都无法对其变更，从而实现事务期间的可重复读功能，如果大家不明白可以再琢磨琢磨。

这里有一个细节需要大家注意一下，可重复读的场景下会出现幻读的情况，幻读就是两次查询出的结果集可能会不一样，比如第一次是 3 条记录，第二次变成了 5 条记录，为了方便理解我来简单演示一下。

会话1


SET TRAN ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
GO

BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post WHERE id >3
WAITFOR DELAY '00:00:05'
SELECT * FROM dbo.post WHERE id >3
COMMIT

会话2

在会话1 执行的 5s 期间执行会话2 语句。


BEGIN TRAN 
INSERT INTO dbo.post(content) VALUES ('gggggg')
COMMIT

稍等片刻之后，会发现多了一个记录7 ，截图如下：

3. READ COMMITTED

提交读是目前 SQLSERVER 默认的隔离级别，它是以不会出现脏读为唯一目标，何为脏读，简而言之就是读取到了别的事务未提交的修改数据，这个数据有可能会被其他事务在后续回滚掉，如果真的被其他事务回滚了，那你读到了这样的数据就是错误的数据，可能会给你的系统带来非常隐蔽的 bug，为了说明这个现象，我们用两个会话来测试一下帮助大家理解。

会话1

在这个会话中，将 id=3 的记录修改成 zzzzz


BEGIN TRAN 
UPDATE dbo.post SET content='zzzzz' WHERE id=3
WAITFOR DELAY '00:00:05'
ROLLBACK

会话2

这个会话中，重复执行sql查询。


BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post WITH(NOLOCK) WHERE id =3   -- 脏读啦
WAITFOR DELAY '00:00:05'
SELECT * FROM dbo.post WITH(NOLOCK) WHERE id =3   -- 正确的数据
COMMIT

为了实现脏读这里加了 nolock 关键词，从图中明显的看到，获取的 zzzzz 数据是错误的，在一些和钱打交道的系统中是被严厉禁止的。

有了这些基础再理解可提交读可能会容易些，是不是很好奇 SQLSERVER 是如何实现的呢？参考 sql 如下：


SET TRAN ISOLATION LEVEL READ COMMITTED
GO

BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post  WHERE id =3  
COMMIT

从加锁流程看，SQLSERVER 会逐一扫描数据页附加 IS 锁，扫完马上就释放，不像前面那样保持到 COMMIT 之后，如果找到记录所在的 Page 时，会对下面的所有记录附加 S 锁，这个时候 X 锁就进不来了，这就是它的实现原理，大家可以把刚才的脏读的sql中的 nolock 去掉试试看，两次读取结果都是一样的。

4. READ UNCOMMITTED

本质上来说 READ UNCOMMITTED 和 nolock 的效果是一样的，会引发脏读现象，主要是因为 READ UNCOMMITTED 根本就不会对表记录使用任何锁，参考sql如下：


SET TRAN ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED
GO

BEGIN TRAN 
SELECT * FROM dbo.post  WHERE id =3  
COMMIT

接下来观察 sqlprofile 的输出。

可以看到 READ UNCOMMITTED 只会对表和堆表结构这种架构附加锁，不会对表中记录附加任何锁，也就会引发脏读现象。

三：总结

其实 SQLSERVER 还有带版本的 SNAPSHOT 隔离级别，在真实场景中往往会给 TempDB 造成很大的压力，这里就不介绍了。

相信通过 Profile 观察到的加锁动态过程，会让大家有更深入的理解。