資料庫事務

事務（Transaction）是併發控制的基本單位。所謂的事務，它是一個操作序列，這些操作要麼全部執行，要麼全部都不執行。比如，銀行轉賬，從一個賬號扣錢，然後另一個賬號餘額增加，這兩個操作要麼都執行，要麼都不執行。這兩個操作組合在一起就是事務。

資料庫事務有嚴格的定義，它必須同時滿足4個特性：

1. 原子性，Atomic
2. 一致性，Consistency
3. 隔離性， Isolation
4. 永續性，Durabiliy

簡稱ACDI。下面是對每一個特性的說明：

• 原子性：表示組成一個事務的多個數據庫操作是一個密不可分的原子單元，只有所有的操作執行成功，整個事務才提交。事務中的任何一個數據庫操作失敗，已經執行的任何操作都必須撤銷（回滾），讓資料庫恢復到事務提交之前的狀態。
• 一致性：資料庫總是從一個一致性狀態裝換到另一個一致性狀態。一致性狀態的含義是資料庫中的資料應該滿足資料庫約束。
• 隔離性：在併發資料操作時，不同的事務擁有各自的資料空間，它們的操作不會對對方產生干擾。但是也並非要做到完全無干擾。資料庫規定了多個隔離級別，不同的隔離級別的干擾程度是不同，隔離級別越高，資料一致性越好，但併發性越弱。
• 永續性：一旦資料庫提交之後，事務中的所有操作都必須被持久化都資料庫中。即使在提交事務後，資料庫重啟時，也必須保證能夠通過某種機制恢復資料。

在這些事務的特徵中，資料”一致性“是最終目標，其他特性都是為達到這個目標而採取的措施。

資料庫併發的問題

一個數據庫可能會有多個客戶端同時訪問，資料庫中相同的資料就有可能同時被多個事務訪問，如果沒有采取必要的隔離措施，就會導致各種問題，破壞資料的完整性，這些問題可以分為5中，兩類：

1. 資料讀取的問題：
   • 髒讀
   • 不可重複讀
   • 幻想讀
2. 資料更新問題
   • 第一類丟失更新
   • 第二類丟失更新

1. 髒讀（direct read）

A事務讀取B事務尚未提交更改的資料，並在這個資料的基礎上進行操作。如果恰巧B事務回滾，那麼A事務讀取到的資料是不被承認的。通過一個取款事務和轉賬事務來說明這個問題。

在這個場景中轉賬事務A讀取到取款事務B中的未提交的資料，導致髒讀。

2. 不可重複讀(unrepeatable read)

不可重複讀是指A事務讀取B事務已經提交更改的資料。假設A在取款事務的過程中，B往該賬戶轉賬100元，A兩次讀取賬戶的餘額不一致。

在同一事務中，T4和T7時間點讀取的賬戶餘額不一致。

3. 幻想讀(phantom read)

A事務讀取B事務提交的新增資料，這時A事務將出現幻想讀現象。幻想讀一般發生在計算統計資料的事務中。

舉個例子，比如在銀行系統的同一個事務中有兩次統計存款使用者的總金額，在兩次統計中剛好新增了一個存款，這時，兩次統計的結構將會不一致。

如果新增的資料剛好滿足事務的查詢條件，那麼這個新資料就會出現事務的視野中，因而產生了兩次結構不一致。

幻想讀和不可重複讀這兩個概念比較容易混淆 ，幻想讀是指讀到了其他已經提交的事務的新增資料，而不可重複讀是指讀到了已經提交的更改資料（更改或者刪除）。

為了避免這兩種情況，採取的對策是不同的：防止讀到更新的資料，只需要對操作的資料新增行級鎖，阻止操作中的資料發生改變；而防止讀到新增的資料，則往往需要新增表級鎖——將整張表加鎖，防止新增資料。

4. 第一類丟失更新

第一類丟失更新是一個事務撤銷時把另一個事務的資料覆蓋了。下面通過一個轉賬的例子來看一下這個問題。

5. 第二類丟失更新

一個事務覆蓋另一個事務已經提交的資料。造成另一個事務所做的操作丟失。

總結：第一類為撤銷時覆蓋，第二類為提交時覆蓋。

資料庫鎖機制

資料庫的併發會引起很多問題，當然有些問題還可以容忍，但是有的問題卻是致命的。併發問題一般都會用鎖解決，在資料庫中也是用鎖解決的，但是不同的資料庫對於鎖的實現是不同的，但基本的原理是相同。

按鎖定的物件可以分為：

• 表鎖定：對於整張表鎖定
• 行鎖定：對於表中的特定行鎖定

從併發的資料關係中又可以分為

• 獨佔鎖：共享鎖會防止獨佔鎖，但允許其他共享鎖的訪問。
• 共享鎖：獨佔鎖獨自佔領表或行，防止其他共享鎖的訪問，當然也訪問其他獨佔鎖。

在資料更新的時候，資料庫必須在進行更改的行上施加行獨佔鎖，也就是說INSERT,UPDATE,DELETE等語句都會隱式採用必要的行鎖定。

事務的隔離級別

儘管資料庫為使用者提供了鎖的DML操作方式，但是直接使用還是很麻煩的，因此資料庫為使用者提供了自動鎖的機制。也就是隔離級別，只要使用者指定的回話的隔離級別，資料庫就會分析SQL語句，然後進行合適的加鎖，當資料鎖的資料太多的時候，自動進行鎖升級來提高系統的，效能，這一過程對使用者是透明的（不可見）的。

SQL標準定義了4個事務級別，每一個級別都規定了一個事務中所做的修改，哪些在事務中是可見的，哪些是不可見的。較低的隔離通常可以執行更高的併發，系統開銷也更低。

下面的是四中資料庫事務的介紹：

1. READ UNCOMMITED（未提交讀） 事務中的修改，即使沒有提交對其它事務都是可見的。事務可以讀取未提交的資料，這也被稱為髒讀。一般很少使用。
2. READ COMMITED（提交讀） 大多數的資料庫的預設隔離級別都是READ COMMITED。READ_COMMITED從一個事務開始時，只能”看見“已經提交的修改。也就是說：一個事務從開始到提交前，所做的任何修改對其他事務是不可見的。這個級別有時候也叫做不可重複讀，因為兩次執行查詢可能會得到不同的結果。
3. REPEATABLE READ（可重複讀） REPEATABLE READ解決了髒讀的問題，該級別保證在同一個事務中多次讀取同樣的記錄的結果是一致的。但是這個級別還是沒有解決另一個問題：幻讀。
4. SERIALIZABLE（可序列化） SERIALIZABLE是最高的隔離級別。它通過事務串執行，避免了前面所說的幻讀問題。簡單來說SERIALIZABLE會為每一行資料都加鎖，所以會導致大量的鎖超時和競爭。實際中很少使用這個隔離級別。

下表為事務隔離級別對併發問題的解決情況：

其中READ UNCOMMITED併發性和吞吐量最好，SERIALIZABLE的最差，所以事務的隔離級別和資料庫的併發行是對立的。