面试题：分布式系统中分布式事务的隔离级别有哪些，它们在2PC场景下是如何体现的？

Question

请阐述分布式事务常见的隔离级别，如读未提交、读已提交、可重复读、串行化等，并说明在两阶段提交（2PC）机制下，这些隔离级别分别是怎样保证数据一致性和隔离性的，各有什么特点和可能存在的问题。

Answer 1

分布式事务常见隔离级别

1. 读未提交（Read Uncommitted）：
   • 定义：一个事务可以读取另一个未提交事务的数据。
   • 2PC下保证一致性和隔离性：在2PC机制下，该隔离级别无法保证事务间的数据隔离性。由于可以读取未提交数据，若在准备阶段后，协调者发生故障，部分参与者可能回滚事务，但其他已读取未提交数据的事务可能继续执行，从而破坏数据一致性。
   • 特点：隔离级别最低，并发性能最高。
   • 问题：可能出现脏读，即读取到其他事务未提交的数据，若这些数据最终回滚，会导致当前事务数据错误。
2. 读已提交（Read Committed）：
   • 定义：一个事务只能读取已提交事务的数据。
   • 2PC下保证一致性和隔离性：在2PC机制中，只有当所有参与者都准备好（第一阶段）且协调者发出提交指令（第二阶段）后，数据才会真正提交并可被其他事务读取。这在一定程度上保证了数据一致性，因为读取到的数据都是已提交的。但如果在提交阶段协调者故障，部分参与者可能已提交，部分未提交，仍可能出现数据不一致。
   • 特点：避免了脏读，并发性能相对较高。
   • 问题：可能出现不可重复读，即在同一事务内多次读取同一数据，由于其他事务的修改提交，两次读取结果不同。
3. 可重复读（Repeatable Read）：
   • 定义：在一个事务内，多次读取同一数据，其结果保持一致，不受其他事务提交修改的影响。
   • 2PC下保证一致性和隔离性：2PC过程中，当事务开始读取数据时，会对读取的数据加锁（锁机制实现）。在事务未完成前，其他事务无法修改这些数据。在2PC两阶段中，准备阶段和提交阶段的数据状态能得到较好控制，确保同一事务内读取数据的一致性。但如果在准备阶段后协调者故障，部分参与者已准备但未提交，可能导致数据长时间锁定，影响并发。
   • 特点：避免了脏读和不可重复读。
   • 问题：可能出现幻读，即事务在读取范围内，由于其他事务新增数据，导致再次读取时结果集发生变化，虽然数据值本身未变，但整体数据集合不同。
4. 串行化（Serializable）：
   • 定义：事务串行执行，一个事务执行完，另一个事务才开始，不存在并发执行情况。
   • 2PC下保证一致性和隔离性：在2PC机制下，由于事务串行执行，不存在并发问题，数据一致性和隔离性得到完全保证。但这种方式性能最差，因为事务排队执行，等待时间长。
   • 特点：提供了最高级别的隔离，确保数据一致性和隔离性。
   • 问题：并发性能极低，系统吞吐量严重受限，因为事务必须依次执行，无法利用多核等并行资源。