数据库事务(2)---ACID与并发问题

事务

事务(Transaction)，一般是指要做的或所做的事情。在计算机术语中是指访问并可能更新数据库中各种数据项的一个程序执行单元(unit)。在计算机术语中，事务通常就是指数据库事务。

概念

一个数据库事务通常包含对数据库进行读或写的一个操作序列。它的存在包含有以下两个目的：

1、为数据库操作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。
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。

当一个事务被提交给了DBMS（数据库管理系统），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被回滚，回到事务执行前的状态（要么全执行，要么全都不执行）;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。

但在现实情况下，失败的风险很高。在一个数据库事务的执行过程中，有可能会遇上事务操作失败、数据库系统/操作系统失败，甚至是存储介质失败等情况。这便需要DBMS对一个执行失败的事务执行恢复操作，将其数据库状态恢复到一致状态（数据的一致性得到保证的状态）。为了实现将数据库状态恢复到一致状态的功能，DBMS通常需要维护事务日志以追踪事务中所有影响数据库数据的操作。

特性

并非任意的对数据库的操作序列都是数据库事务。事务应该具有4个属性：原子性、一致性、隔离性、持久性。这四个属性通常称为ACID特性。

原子性（Atomicity）：事务作为一个整体被执行，包含在其中的对数据库的操作要么全部被执行，要么都不执行。
一致性（Consistency）：事务应确保数据库的状态从一个一致状态转变为另一个一致状态。一致状态的含义是数据库中的数据应满足完整性约束。
隔离性（Isolation）：多个事务并发执行时，一个事务的执行不应影响其他事务的执行。
持久性（Durability）：一个事务一旦提交，他对数据库的修改应该永久保存在数据库中。

举例

用一个常用的“A账户向B账号汇钱”的例子来说明如何通过数据库事务保证数据的准确性和完整性。熟悉关系型数据库事务的都知道从帐号A到帐号B需要6个操作：

1、从A账号中把余额读出来（500）。
2、对A账号做减法操作（500-100）。
3、把结果写回A账号中（400）。
4、从B账号中把余额读出来（500）。
5、对B账号做加法操作（500+100）。
6、把结果写回B账号中（600）。

原子性：

保证1-6所有过程要么都执行，要么都不执行。一旦在执行某一步骤的过程中发生问题，就需要执行回滚操作。 假如执行到第五步的时候，B账户突然不可用（比如被注销），那么之前的所有操作都应该回滚到执行事务之前的状态。

一致性

在转账之前，A和B的账户中共有500+500=1000元钱。在转账之后，A和B的账户中共有400+600=1000元。也就是说，数据的状态在执行该事务操作之后从一个状态改变到了另外一个状态。同时一致性还能保证账户余额不会变成负数等。

隔离性

在A向B转账的整个过程中，只要事务还没有提交（commit），查询A账户和B账户的时候，两个账户里面的钱的数量都不会有变化。
如果在A给B转账的同时，有另外一个事务执行了C给B转账的操作，那么当两个事务都结束的时候，B账户里面的钱应该是A转给B的钱加上C转给B的钱再加上自己原有的钱。

持久性

一旦转账成功（事务提交），两个账户的里面的钱就会真的发生变化（会把数据写入数据库做持久化保存）！

原子性与隔离行

一致性与原子性是密切相关的,原子性的破坏可能导致数据库的不一致，数据的一致性问题并不都和原子性有关。
比如刚刚的例子，在第五步的时候，对B账户做加法时只加了50元。那么该过程可以符合原子性，但是数据的一致性就出现了问题。

因此，事务的原子性与一致性缺一不可。

以上转载

数据库并发问题

一个数据库可能拥有多个访问客户端，这些客户端都可以并发方式访问数据库。数据库中的相同数据可能同时被多个事务访问，如果没有采取必要的隔离措施，就会 导致各种并发问题，破坏数据的完整性。这些问题可以归结为5类，包括3类数据读问题（脏读、幻象读和不可重复读）以及2类数据更新问题（第一类丢失更新和 第二类丢失更新）。下面，我们分别通过实例讲解引发问题的场景。

脏读（dirty read）

    在讲解脏读前，我们先讲一个笑话：一个有结巴的人在饮料店柜台前转悠，老板很热情地迎上来：“喝一瓶？”，结巴连忙说：“我…喝…喝…”，老板麻利地打开 易拉罐递给结巴，结巴终于憋出了他的那句话：“我…喝…喝…喝不起啊！”。在这个笑话中，饮料店老板就对结巴进行了脏读。

A事务读取B事务尚未提交的更改数据，并在这个数据的基础上操作。如果恰巧B事务回滚，那么A事务读到的数据根本是不被承认的。来看取款事务和转账事务并发时引发的脏读场景：

 

  在这个场景中，B希望取款500元而后又撤销了动作，而A往相同的账户中转账100元，就因为A事务读取了B事务尚未提交的数据，因而造成账户白白丢失了500元。在Oracle数据库中，不会发生脏读的情况。

 

不可重复读（unrepeatable read）

   不可重复读是指A事务读取了B事务已经提交的更改数据。假设A在取款事务的过程中，B往该账户转账100元，A两次读取账户的余额发生不一致：

 

  在同一事务中，T4时间点和T7时间点读取账户存款余额不一样。

 

幻象读（phantom read）

    A事务读取B事务提交的新增数据，这时A事务将出现幻象读的问题。幻象读一般发生在计算统计数据的事务中，举一个例子，假设银行系统在同一个事务中，两 次统计存款账户的总金额，在两次统计过程中，刚好新增了一个存款账户，并存入100元，这时，两次统计的总金额将不一致：  

 

如果新增数据刚好满足事务的查询条件，这个新数据就进入了事务的视野，因而产生了两个统计不一致的情况。

幻象读和不可重复读是 两个容易混淆的概念，前者是指读到了其它已经提交事务的新增数据，而后者是指读到了已经提交事务的更改数据（更改或删除），为了避免这两种情况，采取的对 策是不同的，防止读取到更改数据，只需要对操作的数据添加行级锁，阻止操作中的数据发生变化，而防止读取到新增数据，则往往需要添加表级锁——将整个表锁 定，防止新增数据（Oracle使用多版本数据的方式实现）。

 

第一类丢失更新 

    A事务撤销时，把已经提交的B事务的更新数据覆盖了。这种错误可能造成很严重的问题，通过下面的账户取款转账就可以看出来：

 

A事务在撤销时，“不小心”将B事务已经转入账户的金额给抹去了。

第二类丢失更新

A事务覆盖B事务已经提交的数据，造成B事务所做操作丢失：  

 

上面的例子里由于支票转账事务覆盖了取款事务对存款余额所做的更新，导致银行最后损失了100元，相反如果转账事务先提交，那么用户账户将损失100元。

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