深入理解事務--事務ACID特性及隔離級別

簡介

 

    ACID,是指在可靠數據庫管理系統(DBMS)中,事務(transaction)所應該具有的四個特性:原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔離性(Isolation)、持久性(Durability).這是可靠數據庫所應具備的幾個特性.下面針對這幾個特性進行逐個講解.

理解原子性(Atomicity)

   原子性意味着數據庫中的事務執行是作爲原子。即不可再分,整個語句要麼執行,要麼不執行。

   在SQL SERVER中,每一個單獨的語句都可以看作是默認包含在一個事務之中:



  所以,每一個語句本身具有原子性,要麼全部執行,這麼全部不執行,不會有中間狀態:


  上面說了,每一條T-SQL語句都可以看作是默認被包裹在一個事務之中的,SQL Server對於每一條單獨的語句都實現了原子性,但這種原子粒度是非常小的,如果用戶想要自己定義原子的大小,則需要包含在事務中來構成用戶自定義的原子粒度:


    對於用戶來說,要用事務實現的自定義原子性往往是和業務相關的,比如銀行轉賬,從A賬戶減去100,在B賬戶增加100,如果這兩個語句不能保證原子性的話,比如從A賬戶減去100後,服務器斷電,而在B賬戶中卻沒有增加100.雖然這種情況會讓銀行很開心,但作爲開發人員的你可不希望這種結果.而默認事務中,即使出錯了也不會整個事務進行回滾。而是失敗的語句拋出異常,而正確的語句成功執行。這樣會破壞原子性。所以SQL SERVER給予了一些選項來保證事務的原子性.

SQL SERVER提供了兩大類方式來保證自定義事務的原子性:

  1.通過SET XACT_ABORT ON來設置事務必須符合原子性

       利用設置XACT_ABORT選項設置爲ON,來設置所有事務都作爲一個原子處理.下面例子利用兩個語句插入到數據庫,可以看到開啓SET XACT_ABORT ON選項後,事務具有了原子性:


 2.按照用戶設置進行回滾(ROLLBACK)

       這種方式具有更高的靈活性,開發人員可以自定義在什麼情況進行ROLLBACK,利用TRY CATCH語句和@@ERROR進行判斷都屬於這種方式.


理解一致性(Consistency)

     一致性,即在事務開始之前和事務結束以後,數據庫的完整性約束沒有被破壞

     一致性分爲兩個層面

    1.數據庫機制層面

      數據庫層面的一致性是,在一個事務執行之前和之後,數據會符合你設置的約束(唯一約束,外鍵約束,Check約束等)和觸發器設置.這一點是由SQL SERVER進行保證的.

 

     2.業務層面

      對於業務層面來說,一致性是保持業務的一致性.這個業務一致性需要由開發人員進行保證.很多業務方面的一致性可以通過轉移到數據庫機制層面進行保證.比如,產品只有兩個型號,則可以轉移到使用CHECK約束使某一列必須只能存這兩個型號.

比如你定義一個事務,裏面的操作是A,B,C三步,系統原子性能保證的是這三步要麼都執行,要麼都不執行,不可拆分。但是有可能你這三部破壞了數據的一致性,比如你定義了從A賬戶劃撥200塊給B賬戶。如果你的事務裏只包含從A賬戶扣款,而不包含B賬戶加錢。那麼系統保證原子性後,能保證要麼從A賬戶都扣款成功,要麼都不成功,不會出現扣了一半款之類的異常情況。但是沒辦法保證B賬戶加錢了。所以A賬戶扣款,B賬號加錢,這是一個連續的動作,業務邏輯上要保證一致性,所以必須把兩個步驟放在一個事務裏,這樣才能保證一致性。

理解隔離性(Isolation)

    隔離性:指的是在併發環境中,發事務之間互相影響的程度(即併發事務間數據的可見程度)當不同的事務同時操縱相同的數據時,每個事務都有各自的完整數據空間。由併發事務所做的修改必須與任何其他併發事務所做的修改隔離。事務查看數據更新時,數據所處的狀態要麼是另一事務修改它之前的狀態,要麼是另一事務修改它之後的狀態,事務不會查看到中間狀態的數據

    在Windows中,如果多個進程對同一個文件進行修改是不允許的,Windows通過這種方式來保證不同進程的隔離性:



而SQL Server中,通過SQL SERVER對數據庫文件進行管理,從而可以讓多個進程可以同時訪問數據庫:



 事務間的相互影響

SQL Server利用加鎖和阻塞來保證事務之間不同等級的隔離性.

    一般情況下,完全的隔離性是不現實的,完全的隔離性要求數據庫同一時間只執行一條事務(即事務的執行時序列化的),這樣的性能可想而知.想要理解SQL Server中對於隔離性的保障,首先要了解事務之間是如何幹擾的.但是同一個事務內的數據庫操作的數據是透明的,即同一個事務內的一個數據庫操作可以讀取另一個未提交(commit)的數據庫操作。

    事務之間的互相影響的情況分爲幾種,分別爲:髒讀(Dirty Read),不可重複讀(Non-Repeatable Reads),幻讀(Phantom Reads)

髒讀

    髒讀意味着一個事務讀取了另一個事務未提交的數據,而這個數據是有可能回滾的:


下面來看一個例子:

     兩個事務,事務A插入一條數據,但未提交,事務B在此期間進行了讀取,讀取到了事務A未提交的數據,造成髒讀



不可重複讀(Unrepeatable Read)

     不可重複讀意味着,在數據庫訪問中,一個事務先後讀取同一條記錄,但兩次讀取的數據不同,我們稱之爲不可重複讀。也就是說,這個事務在兩次讀取之間該數據被其它事務所修改。就是說事務A中兩處讀取數據,第一次讀時是100,然後事務B把值改成了200,事務A再讀一次,結果就發現值變了,造成A事務數據混亂。

幻讀(phantom read)

     幻讀,和不可重複讀相似,也是同一個事務中多次讀不一致的問題。但是不可重複讀的不一致是因爲它所要取的數據集被改變了而幻讀所要讀的數據不一致卻不是他所要讀的數據改變,而是它的條件數據集改變。比如:Select id where name="ppgogo*",第一次讀去了6個符合條件的id,第二次讀時,由於事務B把第一個貼的名字由"dd"改成了“ppgogo9”,結果取出來7個數據,就好象發生了幻覺一樣.



事務間相互影響解決方案--設置隔離級別

 爲了避免上述幾種事務之間的影響,通過設置不同的隔離等級來進行不同程度的避免。因爲高的隔離等級意味着更多的鎖,從而犧牲性能.所以這個選項開放給了用戶根據具體的需求進行設置。不過默認的隔離等級Read Commited符合了99%的實際需求.事務隔離級別的出現,是爲了使你在性能與數據的有效性之間做一個平衡,不是說級別越高越好,只有合適纔是最好的。

    隔離事務之間的影響是通過鎖來實現的,這個概念比較繁雜,所以本文不會詳細對這個概念進行講解.通過阻塞來阻止上述效果

    SQL Server提供了5種選項來避免不同級別的事務之間的影響

    隔離等級由低到高分別爲

    1)未提交讀(Read Uncommitted)(最高的性能,但可能出現髒讀,不可重複讀,幻讀): SELECT語句以非鎖定方式被執行.

    2)提交讀(Read Committed)(可能出現不可重複讀,幻讀)只能讀取到已經提交的數據。

   3)可重複讀(Repeated Read)(可能出現幻讀):通過加共享記錄鎖實現,即 SELECT .... FOR UPDATE

    4)串行讀(Serializable)(最低的性能,Range鎖會導致併發下降)完全的串行化讀,所有SELECT語句都被隱式的轉換成SELECT ... LOCK IN SHARE MODE,即讀取使用表級共享鎖,讀寫相互都會阻塞。隔離級別最高。

  5  SNOPSHOT(這個是通過在tempDB中創建一個額外的副本來避免髒讀,不可重複讀,會給tempDB造成額外負擔,因爲不是標準ANSI SQL標準,不詳細討論)

 隔離級別對比表:


    總之,不同的隔離級別是通過加不同的鎖,造成阻塞來實現的,來看一個例子:

    SQL SERVER通過阻塞來阻止髒讀,所以保持獨立性會以付出性能作爲代價:



理解持久性(Durability)

     持久性,意味着在事務完成以後,該事務所對數據庫所作的更改便持久的保存在數據庫之中,並不會被回滾。

     即使出現了任何事故比如斷電等,事務一旦提交,則持久化保存在數據庫中.

     SQL SERVER通過write-ahead transaction log來保證持久性。write-ahead transaction log的意思是,事務中對數據庫的改變在寫入到數據庫之前,首先寫入到事務日誌中。而事務日誌是按照順序排號的(LSN)。當數據庫崩潰或者服務器斷點時,重啓動SQL SERVER,SQL SERVER首先會檢查日誌順序號,將本應對數據庫做更改而未做的部分持久化到數據庫,從而保證了持久性.


總結:

事務的(ACID)特性是由關係數據庫管理系統(RDBMS,數據庫系統)來實現的。數據庫管理系統採用日誌來保證事務的原子性、一致性和持久性。日誌記錄了事務對數據庫所做的更新,如果某個事務在執行過程中發生錯誤,就可以根據日誌,撤銷事務對數據庫已做的更新,使數據庫退回到執行事務前的初始狀態。

數據庫管理系統採用鎖機制來實現事務的隔離性。當多個事務同時更新數據庫中相同的數據時,只允許持有鎖的事務能更新該數據,其他事務必須等待,直到前一個事務釋放了鎖,其他事務纔有機會更新該數據。



參看博文:http://www.cnblogs.com/CareySon/archive/2012/01/29/2331088.html



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