数据库事务 --- Database Transaction

  • 什么是事务(transaction)
  • ACID性质
    • 原子性(Atomicity)
    • 一致性(Consistency)
    • 隔离性(Isolation)
    • 持久性(Durability)
  • 数据库冲突 -- Conflicts
    • serial execution
    • Read-Write (RW) ---- "unrepeatable reads"
    • Write-Read (WR) --- "dirty reads"
    • Write-Write (WW) --- "lost updates"
    • 幻读 --- Phantom Problem
    • Different Transaction Type
  • 数据库隔离-- Isolation
    • SQL Isolation Level
    • 如何实现Isolation
  • 数据库恢复 -- Recovery

什么是事务(transaction)

  • 数据库的事务（Transaction）是一种机制、一个操作序列，包含了一组数据库操作命令。事务把所有的命令作为一个整体一起向系统提交或撤销操作请求

ACID性质

原子性(Atomicity)

  • 即一组数据库命令要么都执行，要么都不执行
  • 以银行转账事务为例，如果该事务提交了，则这两个账户的数据将会更新。如果由于某种原因，事务在成功更新这两个账户之前终止了，则不会更新这两个账户的余额，并且会撤销对任何账户余额的修改，事务不能部分提交

一致性(Consistency)

  • 当事务完成时，数据必须处于一致状态
  • 也就是说，在事务开始之前，数据库中存储的数据处于一致状态。在正在进行的事务中. 数据可能处于不一致的状态. 当事务成功完成时，数据必须再次回到已知的一致状态
  • 以银行转账事务事务为例。在事务开始之前，所有账户余额的总额处于一致状态。在事务进行的过程中，一个账户余额减少了，而另一个账户余额尚未修改。因此，所有账户余额的总额处于不一致状态。事务完成以后，账户余额的总额再次恢复到一致状态

隔离性(Isolation)

  • 对数据进行修改的所有并发事务是彼此隔离的，这表明事务必须是独立的，它不应以任何方式依赖于或影响其他事务。修改数据的事务可以在另一个使用相同数据的事务开始之前访问这些数据，或者在另一个使用相同数据的事务结束之后访问这些数据。

持久性(Durability)

  • 事务的持久性指不管系统是否发生了故障，事务处理的结果都是永久的。
  • 一个事务成功完成之后，它对数据库所作的改变是永久性的，即使系统出现故障也是如此。也就是说，一旦事务被提交，事务对数据所做的任何变动都会被永久地保留在数据库中。

数据库冲突 – Conflicts

serial execution

  • An execution is “good” if it is serial (transactions are executed atomically and consecutively) or serializable (i.e. equivalent to some serial execution)
  • serial execution
  • serializable

Read-Write (RW) ---- “unrepeatable reads”

  • (RW): T1 reads a data object that is subsequently written by T2
  • T1两次R(A)读取的值不一样

Write-Read (WR) — “dirty reads”

  • 在T1写入的过程中, T2读取被更新的数据. 但是由于某些原因T1回滚, 回到最初状态, 则T2读取的是dirty data

Write-Write (WW) — “lost updates”

  • T1 writes a data object that is also subsequently written by T2
  • T1的W(A)被T2的W(A)覆盖

幻读 — Phantom Problem

  • 两次读之间有别的事务增删
  • 一个事务A读取到了另一个事务B新提交的数据。比如，事务A对一个表中所有行的数据按照某规则进行修改（整表操作），同时，事务B向表中插入了一行原始数据，那么后面事务A再对表进行操作时，会发现表中居然还有一行数据没有被修改。

Different Transaction Type

Read-Only Transaction

  • When a transaction only reads information, we have more freedom to let the transaction execute concurrently with other transactions
SET TRANSACTION READ ONLY;
SELECT * FROM Accounts
WHERE account#=‘1234’;

Read-Write Transaction

SET TRANSACTION READ WRITE;
update Accounts
set balance = balance - $100
where account#= ‘1234’; .

数据库隔离-- Isolation

SQL Isolation Level

  • 以上的所有冲突都和数据库隔离级别相关

READ UNCOMMITTED

  • 最低隔离级别
  • 一个事务能读取到别的事务未提交的更新数据，很不安全
  • 可能出现丢失更新、脏读、不可重复读、幻读；

READ COMMITTED

  • 一个事务能读取到别的事务提交的更新数据，不能看到未提交的更新数据，
  • 不会出现 丢失更新、脏读
  • 可能出现不可重复读、幻读；
  • 这个也是Oracle数据库默认隔离级别

REPEATABLE READ

  • 保证同一事务中先后执行的多次查询将返回同一结果，不受其他事务影响
  • 不可能出现丢失更新、脏读、不可重复读，
  • 可能出现幻读；

SERIALIZABLE

  • 最高隔离级别，不允许事务并发执行，而必须串行化执行，最安全
  • 不可能出现更新、脏读、不可重复读、幻读，但是效率最低。

如何实现Isolation

  • 基本思路 — 锁
  • Before a read, a shared lock must be acquired
  • Before a write, an exclusive lock must be acquired

READ UNCOMMITTED

  • 当读取数据时不加任何锁
  • 当更新数据时, 要对数据加 exclusive lock,直到事务结束时释放

READ COMMITTED

  • 当读取数据时,要对数据加 read-lock
  • 当更新数据时, 要加 exclusive lock, 直到事务结束时释放

REPEATABLE READ

  • 当读取数据时, 要对数据加shared locks, 直到事务结束时释放
  • 当更新数据时, 要加 exclusive lock, 直到事务结束时释放

SERIALIZABLE

  • 当读取数据时, 要对数据加shared locks, 同时对index 加锁, 直到事务结束时释放
  • 当更新数据时, 要加 exclusive lock, 直到事务结束时释放

数据库恢复 – Recovery

Mirroring

  • keep two copies of the database and maintain them simultaneously

Backup

periodically dump the complete state of the database to some form of tertiary storage

System Logging

  • the log keeps track of all transaction operations affecting the values of database items
  • The log is kept on disk so that it is not affected by failures except for disk and catastrophic failures.

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