MySQL修炼手册11：事务处理：确保数据的一致性与完整性

写在开头

在探索数据管理的世界中，理解如何在数据库中使用事务处理，无疑是一项关键的能力。在处理复杂的数据库操作，尤其是在你试图在多个表或数据库中更新数据时，事务可以确保这些更改具有原子性、一致性、隔离性和持久性，即ACID。因此，掌握事务对任何数据库专业人员来说都是必不可少的。

1. 事务的基本概念

定义事务（Transaction）是数据库管理系统进行处理的一个程序执行单位。一般来说，一个事务从BEGIN TRANSACTION语句开始，经过一组DML（如INSERT、UPDATE、DELETE）或DDL（如CREATE、ALTER、DROP等）的SQL操作，然后以COMMIT或ROLLBACK语句结束。这是最简单、最典型的事务开始和结束的方式。

1.1 了解事务的ACID属性

事务的重要性在于它们满足了许多企业级应用所需的四大特性，即ACID：

• 原子性(Atomicity)： 原子性确保操作要么全都进行，要么全都不进行。换句话说，如果一个事务涉及到多个步骤（比如向两个不同的表插入数据），那么要么所有步骤都成功，要么整个事务回滚，保持数据的一致性。

• 一致性(Consistency)： 事务开始之前和结束之后，数据库的完整性必须得到维护。也就是说，事务必须使数据库从一个一致状态转移到另一个一致状态。例如，如果一个事务涉及到转账操作，无论事务是否成功，转出和转入账户的总金额都应保持一致。

• 隔离性(Isolation)： 隔离性保证并发运行的事务的变更是隔离的，也就是发生在隔离级别下的并发事务，它们各自的修改对其他并发运行的事务是不可见的，除非事务提交。

• 持久性(Durability)： 一旦事务提交，对数据库的更改就将被永久保持，即使系统有了故障，通过日志和数据库恢复机制仍能找回数据。

1.2 事务的起始与结束

事务开始是通过BEGIN TRANSACTION语句表示的。它告诉数据库管理系统（DBMS），我们即将开始一组作为单个工作单位进行的操作。一旦BEGIN TRANSACTION命令执行后，那么接下来的数据库操作将会在事务的保护下运行。

事务的结束可以有两种方式：

• COMMIT： 在所有的数据库操作都成功执行后，我们可以提交事务。这个操作实际告诉DBMS，操作是成功的，可以将数据持久化到磁盘上。一旦COMMIT命令被执行，事务结束，而且不能回滚。
• ROLLBACK： 如果在操作过程中出现了错误，或者用户执行了一个撤销操作，那么我们可以回滚事务。简单地说，ROLLBACK操作将数据库的状态恢复到BEGIN TRANSACTION之前。

2. 事务的隔离级别

2.1 不同的隔离级别比较

在MySQL中，事务隔离级别是一个核心概念，用来控制同时运行的交易如何“隔离”或与偶然影响彼此的问题。它可以定义为四个级别：

• **读未提交（Read uncommitted)：**这是最低的隔离级别，允许事务查看尚未提交的更改。在这个级别下，一个事务可以看到另一个事务未提交的结果，有可能导致“脏读”（Dirty Reads）问题。

• **读提交（Read committed)：**这是大多数数据库系统的默认隔离级别。MySQL官方文档建议的隔离级别。在这个级别下，一个事务只能看见已经提交的事务所做的更改，避免了“脏读”，但仍然可能发生“不可重复读”和“幻读”等问题。

• **可重复读（Repeatable read)：**这是MySQL的默认隔离级别。在一个事务内部，多次读取的结果是一致的，即使在此期间有其他事务进行了修改。它解决了“不可重复读”的问题，但可能导致“幻读”。

• **串行化（Serializable)：**所有并发事务都被转化为顺序运行。即，在同一时间内，只能有一个事务在运行，彻底杜绝了一切并发产生的问题，但是效率低下。

2.2 选择合适的隔离级别

在实际应用中，选择正确的隔离级别是至关重要的。如果需要确保数据库的绝对一致性，最好使用Serializable隔离级别，即使这可能牺牲了部分性能。但是在需要高并发、高吞吐率的应用场景下，比如高流量的Web应用，较低的隔离级别，如读提交，可能是更好的选择。

不仅如此，MySQL提供的InnoDB存储引擎通过实现多版本并发控制(MVCC)和Next-Key Lock等技术，可以在Repeatable read隔离级别下避免“脏读”、“不可重复读”和“幻读”问题，同时保持高并发性能。

设置隔离级别的语句很简单，如设置为 Serializable，只需执行以下语句：

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;

3. 事务的异常处理

当我们在数据库中进行事务处理时，需要考虑可能出现的一切异常并准备好相应的解决方案。在MySQL中，我们有以下几种方式可以处理事务的异常。

3.1 事务中的异常处理机制

在MySQL中，处理事务中异常的基本策略是：如果发生了一个错误，那么当前正在进行的事务将会被终止并回滚。

假设你试图在一个事务中插入一个违反数据库完整性规则的数据，例如，试图插入一个已经存在的唯一键。在这种情况下，MySQL将会引发一个错误，并停止当前的事务。这种情况下，你可以选择让MySQL引发的错误传播到客户端，或者在应用程序中捕捉这个错误并进行恢复。

对于MySQL来说，一种有效的异常处理方法是使用声明式条件处理程序。你可以设置一个处理程序，让数据库捕捉特定的错误并执行一段代码。这可以用来记录错误，或者让事务回滚到一个安全的状态。

3.2 使用SAVEPOINT实现更灵活的事务控制

除了基本的COMMIT和ROLLBACK之外，MySQL还提供了一个用于更复杂事务控制的功能：SAVEPOINT。SAVEPOINT允许你在事务中标记一个点，你可以随时回滚到这个点，而不是必须回滚整个事务。

例如，假设你有一个用户注册过程，需要在几个表中插入数据。在这个过程中，你可以在每次插入数据之前设置一个SAVEPOINT。如果一次插入失败，你可以回滚到最近的SAVEPOINT，而不是取消整个注册过程。

使用SAVEPOINT的语法如下：

SAVEPOINT savepoint_name;

你可以通过ROLLBACK命令回滚到一个SAVEPOINT，语法如下：

ROLLBACK TO SAVEPOINT savepoint_name;

在多步骤的事务中，使用SAVEPOINT可以为你的错误处理机制提供更灵活的控制。当然，它也会增加一些复杂性，因此使用时需要小心。

3.3 处理事务异常的主要方式

3.3.1 错误处理

当事务过程中遇到错误，例如违反了数据的完整性约束（例如，重复的主键值），MySQL会停止事务并抛出一个错误。这个错误可以被应用程序捕获并处理，例如，提醒用户输入了无效的数据或一些别的处理方式。MySQL也提供了一种错误处理机制，称为声明式条件处理器（DECLARE CONDITION）。这是一种存储在数据库中的的错误处理程序，可以捕获和处理SQL错误。程序员可以定义一段处理异常事务的代码并存储在数据库中，当发生异常时自动调用并处理。

例如，你可以将特殊的错误代码关联到MySQL预定义的一个错误条件，然后为这个条件定义一个特定的处理程序，用于捕获异常并进行处理。

DECLARE CONTINUE HANDLER FOR SQLEXCEPTION
BEGIN
  -- 当异常出现时，执行的代码
END;

重试事务：
在MySQL中，你可以在存储过程中包装事务处理代码，然后在发生错误时再次调用这个存储过程。以下是一个简单例子。

DELIMITER $$
CREATE PROCEDURE retryTransaction()
BEGIN
  DECLARE retry INT DEFAULT 3;
  DECLARE CONTINUE HANDLER FOR SQLEXCEPTION
    BEGIN
      SET retry= retry - 1;
      IF retry > 0 THEN retryTransaction; END IF;
    END;

  START TRANSACTION;
    -- Your SQL operations
  COMMIT;
END$$
DELIMITER ;
CALL retryTransaction();

降级锁定：
降级锁定在MySQL的行级锁定中实现。可以通过锁定和解锁某些行来实现。

START TRANSACTION;
SELECT column FROM table FOR UPDATE; -- 获取写锁
-- 进行一些修改
SELECT column FROM table LOCK IN SHARE MODE; -- 降级为读锁
COMMIT;

使用容错系统：
这不是MySQL语句，而是在系统或硬件级别进行的。一种常见的容错技术是设置数据的RAID阵列。
使用更低的事务隔离级别：
在MySQL中，你可以使用SET TRANSACTION语句来设置事务的隔离级别。

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
START TRANSACTION;
-- Your SQL operations
COMMIT;

使用编译时和运行时检查：

-- 编译时检查
CREATE TABLE table1 (
    id INT NOT NULL,
    column1 VARCHAR(50) NOT NULL CHECK (LENGTH(column1) > 0)
);

-- 运行时检查
START TRANSACTION;
INSERT INTO table1 (id, column1) VALUES(NULL, ""); -- 这将引发一个错误
COMMIT;

3.3.2 错误恢复

当一个错误发生并被捕获后，MySQL事务可以选择回滚（ROLLBACK）。回滚操作会撤销事务中的全部或部分修改，将数据库返回到一致的、错误未发生之前的状态。如果在事务中定义了一个或多个保存点（SAVEPOINT），可以选择回滚到某个特定的保存点。

例如：

START TRANSACTION;
SAVEPOINT sp1;
-- 一些 SQL 语句
SAVEPOINT sp2;
-- 一些 SQL 语句
-- 发生错误，回滚到保存点 sp1
ROLLBACK TO SAVEPOINT sp1;
COMMIT;  -- 提交事务

在这个例子中，如果发生错误，事务不会完全回滚，而是回滚到保存点sp1。这给了开发者在复杂事务中处理错误更多的灵活性。

3.4 触发器异常处理

在MySQL中，触发器作为数据库的存储程序，同样能使用声明式条件处理器(DECLARE CONDITION) 来处理发生的异常。而MySQL中的触发器错误处理主要有四个步骤：

声明错误：

使用 DECLARE CONDITION 语句声明一个特定的错误。例如，你可能希望捕捉主键冲突的错误，你可以声明一个错误 CONDITION。

DECLARE duplicate_key CONDITION FOR SQLSTATE '23000';

其中，“duplicate_key”是我们给这个错误条件自定义的名字，'23000’是SQL标准的状态代码，代表一个唯一性约束被违反。

声明处理器：

在确定了错误类型后，需要声明一个处理器来决定发生预期错误时采取的行动。可以使用 DECLARE HANDLER 语句来声明错误处理程序。

DECLARE CONTINUE HANDLER FOR duplicate_key
BEGIN
 --错误处理代码
END;

在抛出“duplicate_key”错误条件时，这段代码块就会被执行。

SQL语句：
在声明了错误和处理器后，就可以编写可能会引发错误的SQL语句。

触发错误处理：

当SQL语句中抛出的错误与你声明的错误 CONDITION 匹配时，MySQL就会调用你声明的处理代码。

CREATE TRIGGER sample_trigger BEFORE INSERT ON sample_table
FOR EACH ROW
BEGIN
  DECLARE duplicate_key CONDITION FOR SQLSTATE '23000';
  DECLARE CONTINUE HANDLER FOR duplicate_key
  BEGIN
    -- 错误处理代码
  END;

  -- 常规SQL语句
END;

写在最后

事务处理是数据库管理的重要组成部分，理解事务和掌握事务处理技术，对于确保数据的完整性和一致性至关重要。只有掌握事务处理，我们才能编写出可以优雅地处理错误和异常，以及有效地管理并发操作的应用。希望通过本篇博文，对MySQL事务处理有了进一步的认识和理解。在接下来的学习中，希望你们可以通过实践，逐渐熟练这个重要的技术。