数据库事务隔离级别到底是怎么起作用的，背后实现原理又是什么呢？

当我们谈论数据库事务时,我们总是希望它能满足ACID特性，即原子性、一致性、隔离性和持久性，隔离性（Isolation）是今天讨论的核心，它指的是在并发环境下，多个同时进行的事务应该被隔离开，使得每个事务都感觉不到有其他事务在同时执行，理想状态下，完全隔离可以保证每个事务都像是在独立执行，但这会极大影响性能，数据库提供了不同的“隔离级别”，让我们在隔离程度和性能之间进行权衡。

这些隔离级别到底是怎么起作用的呢？它们主要依赖于几种核心的并发控制机制，最主流的就是锁（Locking） 和多版本并发控制（MVCC）。

通过“锁”来实现隔离

你可以把锁想象成现实生活中一把钥匙配一把锁,当某个事务要读取或修改一条数据时，它可以先给这条数据加上一把“锁”，这把锁会告诉其他事务：“这条数据我正在用，你等一下。”根据锁的严格程度，可以分为共享锁和排他锁。

• 共享锁（Shared Lock）：就像很多人可以同时读同一本书一样，多个事务可以同时给一条数据加上共享锁，用于读取数据，但一旦有事务持有了共享锁，其他事务就不能再给它加排他锁了。
• 排他锁（Exclusive Lock）：就像一个人写文件时不允许别人同时读或写一样，一个事务给数据加上排他锁后（通常用于修改数据），其他事务既不能再加共享锁读取，也不能再加排他锁修改。

不同的隔离级别,其实就是通过在不同时机加锁、释放锁来实现的。

• 读未提交：这是最弱的隔离级别，写数据时会加排他锁，但读数据时根本不加锁，一个事务可以读到另一个事务尚未提交的修改（这就是“脏读”），之所以能读到，就是因为没有锁阻止去读那些被排他锁锁住的、未提交的数据。
• 读已提交：这个级别解决了脏读问题，它的实现方式是：写数据时依然加排他锁，并且会持续到事务结束才释放；但读数据时，它会瞬间加一个共享锁，读完立刻释放，这样，由于排他锁会一直持有到事务提交，所以事务A在修改数据期间，事务B想来读这条数据时，会因为无法加上共享锁（因为A有排他锁）而等待，直到A提交后释放了排他锁，B才能读到A提交后的结果，但正因为B的共享锁是读完就放，所以如果它再次读取，可能读到另一个事务C新提交的数据，这就产生了“不可重复读”。
• 可重复读：为了解决不可重复读，这个级别加强了锁的力度。写数据时的排他锁依然持续到事务结束，读数据时加的共享锁也会持续到事务结束才释放，这样，在事务A执行期间，一旦它读取了某条数据，它就会一直持有这条数据的共享锁，其他事务如果想修改这条数据，就需要获取排他锁，但会因为A的共享锁存在而一直等待，直到A结束，这就保证了在事务A内部，多次读取同一条数据，值都是一样的。
• 串行化：这是最严格的级别，它通过更强的锁机制（比如范围锁）来保证完全隔离，避免“幻读”（即一个事务在多次查询中，结果集的行数发生变化），它可能要求事务在读取满足某个条件的数据集合时，直接锁住整个可能涉及的数据范围，阻止其他事务向这个范围内插入新数据。

通过“多版本并发控制（MVCC）”来实现隔离

锁机制虽然有效,但读操作和写操作之间会相互阻塞，影响并发性能，现代数据库（如MySQL的InnoDB引擎、PostgreSQL等）更常使用MVCC来实现更高的并发度。

MVCC的核心思想非常巧妙：它不再使用锁来隔离读和写，而是为每条数据保留多个历史版本，当一个事务修改数据时，它并不是直接覆盖原有数据，而是创建一个新的数据版本，数据库会维护一条数据的多个版本链。

每个事务在开始时,都会被分配一个唯一且递增的事务ID，MVCC通过这个ID来保证每个事务能看到一个一致的数据库快照。

• 当读已提交隔离级别使用MVCC实现时，事务中的每一次查询，都会获取当时最新的已提交的数据快照，如果两次查询之间，有别的事务提交了修改，那么第二次查询就会看到新的数据，这就导致了“不可重复读”，但符合“读已提交”的定义——只读已提交的数据。
• 当可重复读隔离级别使用MVCC实现时，事务在第一次读操作时，就确定了一个数据库快照，这个事务后续的所有读操作，都会读取这个相同的快照版本的数据，即使后来其他事务修改并提交了数据，创建了新的版本，当前事务也完全看不见，因为它只认它开始时的那个数据版本，这样就轻松地实现了“可重复读”，而且读操作完全不会阻塞写操作，写操作也不会阻塞读操作，性能大大提升。

以MySQL的InnoDB引擎为例（根据参考资料《MySQL是怎样运行的：从根儿上理解MySQL》），它使用MVCC和一种叫“Next-Key Lock”的锁结合的方式，在“读已提交”和“可重复读”级别下，普通的SELECT查询都是快照读，使用MVCC，无需加锁，而UPDATE、DELETE等写操作，或者加锁的SELECT（如SELECT ... FOR UPDATE）则是当前读，会读取最新的已提交数据并加锁。

总结一下：

事务隔离级别的背后,是数据库精巧的并发控制机制。锁是一种“悲观”的策略，通过主动限制并发访问来保证正确性。多版本并发控制（MVCC） 是一种“乐观”的策略，通过维护数据多副本来避免读写冲突，极大提升了读性能，实际数据库中，两者常常结合使用，MVCC处理无冲突的快照读，锁则用于处理必要的写操作和防止更新丢失，不同的隔离级别，就是通过调整这些机制的“开关”和“力度”来实现的。