数据库知识归纳（事务）

事务的概念

　　

数据库事务通常包含了一个序列的对数据库的读/写操作（一个单元的一系列SQL语句的集合）。包含有以下两个目的：

1. 为数据库操作序列提供了一个从失败中恢复到正常状态的方法，同时提供了数据库即使在异常状态下仍能保持一致性的方法。（系统错误恢复）
2. 当多个应用程序在并发访问数据库时，可以在这些应用程序之间提供一个隔离方法，以防止彼此的操作互相干扰。（并发数据库访问）

当事务被提交给了数据库管理系统（DataBaseManagerService，DBMS），则DBMS需要确保该事务中的所有操作都成功完成且其结果被永久保存在数据库中，如果事务中有的操作没有成功完成，则事务中的所有操作都需要回滚，回到事务执行前的状态；同时，该事务对数据库或者其他事务的执行无影响，所有的事务都好像在独立的运行。

例子

某人要在商店使用电子货币购买100元的东西，当中至少包括两个操作：

1. 该人账户减少100元
2. 商店账户增加100元

支持事务的数据库管理系统（transactional DBMS）就是要确保以上两个操作（整个“事务”）都能完成，或一起取消；否则就会出现100元平白消失或出现的情况

事务的特性（ACID）

并非任意的对数据库的操作序列都是数据库事务。数据库事务拥有以下四个特性，习惯上被称之为ACID特性。

• A, atomacity 原子性 事务必须是原子工作单元；对于其数据修改，要么全都执行，要么全都不执行。通常，与某个事务关联的操作具有共同的目标，并且是相互依赖的。如果系统只执行这些操作的一个子集，则可能会破坏事务的总体目标。原子性消除了系统处理操作子集的可能性。

• C, consistency 一致性

  事务将数据库从一种一致状态转变为下一种一致状态。也就是说，事务在完成时，必须使所有的数据都保持一致状态（各种 constraint 不被破坏）。

• I, isolation 隔离性 由并发事务所作的修改必须与任何其它并发事务所作的修改隔离。事务查看数据时数据所处的状态，要么是另一并发事务修改它之前的状态，要么是另一事务修改它之后的状态，事务不会查看中间状态的数据。换句话说，一个事务的影响在该事务提交前对其他事务都不可见。

• D, durability 持久性

  事务完成之后，它对于系统的影响是永久性的。该修改即使出现致命的系统故障也将一直保持。

原子性和一致性的区别：

转账：张三给李四转账100元。那数据库假设需要 张三扣100，李四加100，记录一条流水。
如果流水没记录成功，那整体回滚，张三也没转账成功，李四也没多钱。这就是原子性的体现。

而张三必须扣100，李四必须加100，这个就是一致性了，如果因为某些逻辑原因，导致张三扣了100，流水记录100转账，而李四只加了60。然后这3条操作都成功了，那原子性就符合了，但是一致性就不符合了

并发控制

并发控制的主要方法是封锁(Locking)。

读写异常

数据库是要被广大客户所共享访问的，那么在数据库操作过程中很可能出现以下几种不确定情况：

• 丢失修改：两个事务T1，T2读入同一数据并修改，T2提交的结果被T1破坏了，导致T1的修改丢失。（订票系统）
• 不可重复读：事务T1读取数据后，事务T2执行更新操作，使T1无法再次读取结果。
• 读脏数据：事务T1修改某个数据并写回磁盘，事务T2读取同一数据，但T1由于某种原因撤销了，这时T1修改过的数据恢复原来的值，T2读取的数据就与数据库中的数据不一致。
• 幻读：事务在操作过程中进行两次查询，第二次查询结果包含了第一次查询中未出现的数据（这里并不要求两次查询SQL语句相同）这是因为在两次查询过程中有另外一个事务插入数据造成的。

  • 封锁

    封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术，所谓 封锁就是事务T在对某个数据对象例如表、记录等操作之前，先向系统发出请求，对其加锁。数据库系统提供两种锁：

    • 排他锁（写锁）：若事务T对数据对象A加写锁，则只允许T读取和修改A，其他事务都不能再对A加任何类型的锁，直到T释放A上的锁为止。
    • 共享锁（读锁）：若事务T对数据对象A加读锁，则只允许T可以读取但不能修改A，其他事务只能再对A加读锁，而不能加写锁，直到T释放A上的读锁为止。

    事务的隔离级别

    为了避免上面出现几种情况在标准SQL规范中定义了4个事务隔离级别，不同隔离级别对事务处理不同 。

    未提交读（Read Uncommitted）

    未提交读(READ UNCOMMITTED)是最低的隔离级别。允许脏读(dirty reads)，但不允许更新丢失，事务可以看到其他事务“尚未提交”的修改。

    提交读（Read Committed）

    允许不可重复读取，但不允许脏读取。这可以通过“瞬间共享读锁”和“排他写锁”实现。读取数据的事务允许其他事务继续访问该行数据，但是未提交的写事务将会禁止其他事务访问该行。

    可重复读（Repeatable Read）

    禁止不可重复读取和脏读取，但是有时可能出现幻读数据。这可以通过“共享读锁”和“排他写锁”实现。读取数据的事务将会禁止写事务（但允许读事务），写事务则禁止任何其他事务。

    可序列化(Serializable)

    最高的隔离级别，它要求事务序列化执行，事务只能一个接着一个地执行，不能并发执行。仅仅通过“行级锁”是无法实现事务序列化的，必须通过其他机制保证新插入的数据不会被刚执行查询操作的事务访问到。

    隔离级别越高，越能保证数据的完整性和一致性，但是对并发性能的影响也越大。

    封锁协议

    使用读锁和写锁时，需要约定一定的规则。比如：何时申请、持续时间、何时释放等。这些规则被称为 封锁协议。针对不同的事务隔离级别，有不同的封锁协议。

    • 一级封锁协议：事务T在修改数据R之前必须先对其加写锁，直到事务结束才释放。一级封锁协议防止了丢失修改，但不能保证可重复读和不读脏数据。
    • 二级封锁协议：在一级封锁协议的基础上增加事务T在读数据R前必须加读锁，读完就可以释放。二级封锁协议进一步防止读脏数据，但不能保证可重复读。
    • 三级封锁协议：一级封锁协议的基础上增加事务T在读数据R前必须加读锁，直到事务结束才释放。三阶封锁协议除了防止丢失修改和读脏数据外，进一步防止了不可重复读。
    • 四级封锁协议：四级封锁协议是对三级封锁协议的增强，其实现机制也最为简单，直接对事务中所读取或者更改的数据所在的表加表锁，也就是说，其他事务不能 读写 该表中的任何数据。

    并行调度

    调度是一个或多个事务的重要操作按时间排序的一个序列。如果一个调度的动作首先是一个事务的所有动作，然后是另一个事务的所有动作，以此类推，而没有动作的混合，那么我们说这一调度是串行的。

    事务的正确性原则告诉我们，每个串行调度都将保持数据库状态的一致性。 通常，不管数据库初态怎样，一个调度对数据库状态的影响都和某个串行调度相同，我们就说这个调度是可串行化的。

    可串行性是并行调度正确性的唯一准则，两段锁（简称2PL）协议是为保证并行调度可串行性而提供的封锁协议。两段锁协议规定：在对任何数据进行读、写操作之前，事务道首先要获得对该数据的封锁，而且在释放一个封锁之生，事务不再获得任何其他封锁。

    所谓“两段”锁的含义是：事务分为两个阶段，第一阶段是获得封锁，也称为扩展阶段，第二阶段是释放封锁，也称为收缩阶段。

    使用事务

    在MySQL中使用START TRANSACTION 或 BEGIN开启事务，提交事务使用COMMIT，ROLLBACK用来放弃事务。MySQL默认设置了事务的自动提交，即一条SQL语句就是一个事务。

    总结

    事务的（ACID）特性是由关系数据库管理系统（RDBMS，数据库系统）来实现的。数据库管理系统采用日志来保证事务的原子性、一致性和持久性。日志记录了事务对数据库所做的更新，如果某个事务在执行过程中发生错误，就可以根据日志，撤销事务对数据库已做的更新，使数据库退回到执行事务前的初始状态。

    数据库管理系统采用锁机制来实现事务的隔离性。当多个事务同时更新数据库中相同的数据时，只允许持有锁的事务能更新该数据，其他事务必须等待，直到前一个事务释放了锁，其他事务才有机会更新该数据。