title: 數據庫——事務管理
date: 2024-07-06 11:55:39
tags: 數據庫
categories: 數據庫
cover: /image/T1.jpg
description: 數據庫的事務管理的相關知識
事務管理
事務管理是對一系列數據庫操作進行管理的過程，這些操作被視為一個不可分割的工作單元（原子單元）。事務管理在數據庫系統中起著至關重要的作用，它確保了數據的一致性和完整性，防止了數據在并發操作中出現不一致或損壞的情況。
事務的定義
事務是數據庫管理系統中的一個概念，用于管理一組數據庫操作，使它們作為一個不可分割的工作單元執行。一個事務可以包含一個或多個SQL語句，這些語句要么全部執行成功，要么全部回滾（撤銷），從而確保數據庫的數據一致性和完整性。
事務的特性（ACID）
事務具有四個基本特性，即原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）和持久性（Durability），這四個特性通常簡稱為ACID。
- 原子性：事務是一個原子操作，由一系列動作組成。事務的原子性確保這些動作要么全部完成，要么完全不起作用，從而避免了部分成功、部分失敗的情況。
- 一致性：事務必須使數據庫從一個一致性狀態轉換到另一個一致性狀態。這意味著事務的執行不會破壞數據庫的約束和規則，確保數據的正確性。
- 隔離性：事務的隔離性確保了多個并發事務之間的隔離，避免了數據交叉訪問和干擾，保證了每個事務的獨立性。不同的隔離級別會影響事務的并發性能和一致性保證程度。
- 持久性：一旦事務被提交，其對數據庫的更改就會持久保存，即使系統崩潰也不會丟失。這確保了事務的更改能夠長期保存并供后續操作使用。
事務管理的作用
事務管理的作用主要體現在以下幾個方面：
- 保證數據的一致性：通過確保事務的原子性，事務管理可以防止因部分操作失敗而導致的數據不一致問題。
- 確保數據的完整性：事務的ACID特性共同作用，確保數據的完整性和正確性，防止數據丟失或損壞。
- 提供隔離性：通過控制事務的隔離級別，事務管理可以避免不同事務之間的干擾和沖突，保證每個事務的獨立性。
- 支持并發操作：在并發環境下，事務管理通過并發控制和恢復機制，確保多個事務能夠同時執行而不相互干擾。
事務管理的實現方式
在不同的數據庫管理系統中，事務管理的實現方式可能有所不同。但一般來說，事務管理包括并發控制和恢復兩部分。
- 并發控制：并發控制涉及到多個事務對數據庫的某個公共部分進行同時存取的自動控制。為了提高死鎖檢測的效率，盡早發現“隱藏”的死鎖，并發控制機制會有效地表示各種等待關系，并處理死鎖等并發問題。
- 恢復：恢復機制用于在事務失敗或系統崩潰時恢復數據庫到一致性狀態。這通常包括撤銷（Undo）和重做（Redo）兩個步驟。撤銷操作用于回滾事務的更改，而重做操作則用于重新執行那些因系統崩潰而未能完成的事務。
事務狀態
- 數據庫事務的狀態描述了事務在其生命周期中所處的不同階段。根據多個來源的信息，數據庫事務的狀態通常包括以下幾種：
- 活動的（Active）：事務對應的數據庫操作正在執行過程中，此時事務處于活動的狀態。這是事務的初始狀態，表示事務已經開始執行，但尚未完成。
- 部分提交的（Partially Committed）：事務內部最后一個操作執行結束，但此時數據更新處于內存級別，還未刷新到磁盤中，稱事務處于部分提交的狀態。在這個階段，事務的修改已經在內存中完成，但還沒有被永久保存到磁盤上。
- 失敗的（Failed）：當事務處在活動的或者部分提交狀態時，可能遇到了某些錯誤（如數據庫自身的錯誤、操作系統錯誤或直接斷電）而無法繼續執行，或者人為停止當前事務的執行，此時事務處于失敗的狀態。
- 中止的（Aborted）：事務處于失敗狀態時，會進行回滾操作，即將數據庫恢復到事務執行前的狀態，回滾后事務處于中止的狀態。這是事務處理失敗后的最終狀態，表示事務的所有修改都已被撤銷，數據庫回到了事務開始之前的狀態。
- 提交的（Committed）：當一個處在部分提交的狀態的事務將修改過的數據從內存同步到磁盤之后，該事務就處于提交的狀態。這是事務處理成功的最終狀態，表示事務的所有修改都已被永久保存到數據庫中。
- 事務狀態的轉換通常遵循以下規則：
- 事務從活動的狀態開始執行。
- 如果所有操作都成功完成并準備將結果寫入磁盤，則事務進入部分提交的狀態。
- 如果在部分提交之前遇到錯誤，事務將進入失敗的狀態，并隨后被中止（回滾）。
- 如果所有操作都成功完成并成功將數據寫入磁盤，則事務進入提交的狀態。
事務之間的相互影響
事務之間的相互影響主要體現在數據庫操作中，特別是在并發環境下，多個事務可能同時訪問和修改相同的數據，從而導致一系列問題。這些相互影響主要包括以下幾種情況：
-
臟讀（Dirty Read）：
臟讀是指一個事務讀取了另一個事務未提交的數據。由于這些數據尚未被提交，因此是有可能回滾的。如果讀取數據的事務基于這些未提交的數據進行了進一步的操作，那么當這些未提交的數據被回滾時，基于這些數據的操作就會變得無效或錯誤。臟讀破壞了事務的隔離性。
-
不可重復讀（Non-repeatable Read）：
不可重復讀是指在數據庫訪問中，一個事務范圍內兩個相同的查詢卻返回了不同的數據。這是由于查詢時系統中其他事務修改的提交而引起的。即使兩個查詢完全相同，但由于其他事務的介入，導致查詢結果發生了變化。不可重復讀同樣破壞了事務的隔離性，使得事務的多次讀取結果不一致。
-
幻讀（Phantom Read）：
幻讀是指當事務不是獨立執行時發生的一種現象。例如，第一個事務對一個表中的數據進行了修改，這種修改涉及到表中的全部數據行。同時，第二個事務也修改這個表中的數據，但這種修改是向表中插入一行新數據。那么，以后就會發生操作第一個事務的用戶發現表中還有沒有修改的數據行，就好象發生了幻覺一樣。幻讀也是由于并發事務的介入導致的，它破壞了事務的隔離性，使得事務在多次讀取同一數據集合時，看到的數據集合發生了變化。
-
丟失更新（Lost Update）：
丟失更新是指兩個事務同時讀取同一條記錄，A先修改記錄，B也修改記錄（B是不知道A修改過的），B提交數據后B的修改結果覆蓋了A的修改結果。這種情況下，A的更新被B的更新所覆蓋，導致A的更新丟失。丟失更新同樣是由于并發事務的介入導致的，它破壞了事務的原子性和一致性。
事務的隔離級別
為了解決事務之間的相互影響，數據庫系統提供了事務隔離級別的概念。事務隔離級別決定了事務之間的可見性和一致性程度。常見的事務隔離級別包括：
- 讀未提交（Read Uncommitted）：允許事務讀取未被其他事務提交的變更，這可能導致臟讀、不可重復讀和幻讀。
- 讀已提交（Read Committed）：確保事務只能讀取已經被其他事務提交的變更，這可以避免臟讀，但不可重復讀和幻讀仍可能發生。
- 可重復讀（Repeatable Read）：確保在同一個事務中多次讀取同樣記錄的結果是一致的，這可以避免臟讀和不可重復讀，但幻讀仍可能發生（在某些數據庫系統中，如MySQL的InnoDB存儲引擎，通過多版本并發控制MVCC可以進一步避免幻讀）。
- 串行化（Serializable）：這是最高的隔離級別，它通過強制事務串行執行來避免臟讀、不可重復讀和幻讀。但這種方式會大大降低數據庫的并發性能。
