面试题：MongoDB并发控制机制与隔离级别关联

Question

在高并发场景下，MongoDB是如何通过其并发控制机制来实现不同事务隔离级别的？请举例说明。

Answer 1

1. MongoDB并发控制机制概述

MongoDB使用多文档事务来处理高并发场景下的数据一致性问题。其并发控制主要依赖于两阶段锁（2PL）协议。在事务开始时，MongoDB会获取锁，直到事务提交或回滚时才释放锁。

2. 事务隔离级别及实现方式

• 读未提交（Read Uncommitted）：
  • 实现：在MongoDB中，默认情况下，读取操作是“读已提交”。但通过一些配置（在特定驱动下）可以模拟读未提交，例如在某些场景下禁用文档级别的锁定，这样读取操作可能会看到未提交的数据。但这在MongoDB正常事务处理中不是标准做法，因为MongoDB设计初衷是为了数据一致性，读未提交可能导致脏读问题。
  • 举例：假设事务T1更新了文档A的值但未提交，在模拟读未提交场景下，事务T2可以读取到文档A更新后但未提交的值。如果T1最终回滚，T2读取到的值就是无效的（脏数据）。
• 读已提交（Read Committed）：
  • 实现：MongoDB默认支持读已提交隔离级别。当一个事务读取数据时，它只能看到已经提交的修改。在读取文档时，MongoDB会检查文档的版本号（如果存在）或者使用锁机制来确保读取到的是已提交的数据。
  • 举例：事务T1更新文档A的值并提交，事务T2在T1提交后读取文档A，此时T2读取到的是T1提交后的新值，而不是更新前的值。如果T1未提交，T2读取到的还是旧值。
• 可重复读（Repeatable Read）：
  • 实现：MongoDB通过在事务开始时创建一个一致性快照来实现可重复读。在整个事务期间，所有读取操作都基于这个快照，确保在事务内多次读取相同数据时得到一致的结果，不受其他并发事务提交的影响。
  • 举例：事务T1在开始时读取文档A的值为10。在事务执行过程中，事务T2更新并提交了文档A的值为20。但由于T1基于自己开始时的快照，当T1再次读取文档A时，仍然会读到值10，而不是T2提交后的20。
• 串行化（Serializable）：
  • 实现：MongoDB通过严格的两阶段锁协议来模拟串行化隔离级别。在事务执行期间，MongoDB会获取所有涉及文档的锁，并且在事务提交或回滚前不会释放锁。这确保了事务之间串行执行，避免了并发问题。
  • 举例：假设有事务T1和T2都要更新文档A。T1先开始并获取了文档A的锁，T2尝试更新文档A时会被阻塞，直到T1提交或回滚释放锁。这样就保证了事务像串行执行一样，避免了并发更新可能导致的数据不一致。