數(shù)據(jù)庫事務(wù)隔離的級別

本篇內(nèi)容介紹了“數(shù)據(jù)庫事務(wù)隔離的級別”的有關(guān)知識，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

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1 概述與背景

這是數(shù)據(jù)庫事務(wù)原理和工程實(shí)踐系列文章的第一篇，本文主要在Jim Gray的論文<A Critique of ANSI SQL Isolation Levels>基礎(chǔ)上分析關(guān)系數(shù)據(jù)庫的事務(wù)隔離級別標(biāo)準(zhǔn)和不同隔離級別情況下的行為。第2節(jié)主要討論ANSI標(biāo)準(zhǔn)的下的隔離級別，第3節(jié)主要討論基于悲觀鎖實(shí)現(xiàn)的事務(wù)隔離級別，第4節(jié)主要討論基于多版本技術(shù)的事務(wù)隔離，最后總結(jié)排序本文討論到的各個(gè)隔離級別。

ACID是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的一組重要特性，其中Isolation（隔離性）描述了數(shù)據(jù)庫允許多個(gè)并發(fā)事務(wù)同時(shí)對其數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫和修改的能力，隔離性可以防止多個(gè)事務(wù)并發(fā)時(shí)由于交錯(cuò)執(zhí)行而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致。在最極端的情況下，數(shù)據(jù)庫完全串行化執(zhí)行每一個(gè)事務(wù)，所有事務(wù)之間遵守全序關(guān)系，在這種情況下，不存在并發(fā)事務(wù)間的隔離問題，但是在實(shí)際工程實(shí)踐中，處于對數(shù)據(jù)庫性能吞吐量的考慮，允許多個(gè)事務(wù)之間按照一定的規(guī)則，打破串行話的全序關(guān)系，ANSI SQL Isolation Levels即規(guī)定了這種“規(guī)則”，通過將隔離性劃分為4個(gè)級別，來換取多層級的事務(wù)間并發(fā)能力（即數(shù)據(jù)庫的吞吐能力）。

注，本文內(nèi)容融入了作者個(gè)人的理解，并沒有嚴(yán)格遵守<A Critique of ANSI SQL Isolation Levels>原文的內(nèi)容；其中cursor stability隔離級別將在后續(xù)文章中討論，快照隔離級別與ANSI標(biāo)準(zhǔn)異象的比較也有所不同。

2 ANSI事務(wù)隔離級別

ANSI SQL-92標(biāo)準(zhǔn)(http://www.contrib.andrew.cmu.edu/~shadow/sql/sql1992.txt)將數(shù)據(jù)庫并發(fā)事務(wù)間的隔離性行為劃分為3種"異象(phenomena)"，從低到高的自然語言定義依次為：

  1. P1 臟讀 ("Dirty read"): SQL-transaction T1 modifies a row. SQL- transaction T2 then reads that row before T1 performs a COMMIT. If T1 then performs a ROLLBACK, T2 will have read a row that was never committed and that may thus be considered to have never existed. 

  2. P2 不可重復(fù)讀 ("Non-repeatable read"): SQL-transaction T1 reads a row. SQL- transaction T2 then modifies or deletes that row and performs a COMMIT. If T1 then attempts to reread the row, it may receive the modified value or discover that the row has been deleted. 

  3. P3 幻讀 ("Phantom"): SQL-transaction T1 reads the set of rows N that satisfy some <search condition>. SQL-transaction T2 then executes SQL-statements that generate one or more rows that satisfy the <search condition> used by SQL-transaction T1. If SQL-transaction T1 then repeats the initial read with the same <search condition>, it obtains a different collection of rows.

通過依次禁止這三種異象，ANSI確定了4種標(biāo)準(zhǔn)隔離級別，如下表所示：

級別P1(臟讀)P2(不可重復(fù)讀)P3(幻讀)
Read Uncommitted允許允許允許
Read Committed禁止允許允許
Repeatable Read禁止
禁止
允許
(Anomaly) Serializable禁止
禁止
禁止
Note: The exclusion of these penomena or SQL-transactions executing at isolation level SERIALIZABLE is a consequence of the requirement that such transactions be serializable.

如標(biāo)準(zhǔn)文檔所述，禁止了P1/P2/P3異象的事務(wù)即滿足Serializable級別，但矛盾的是，標(biāo)準(zhǔn)文檔中對Serializable又做了如下說明：

The execution of concurrent SQL-transactions at isolation level SERIALIZABLE is guaranteed to be serializable. A serializable execution is defined to be an execution of the operations of concurrently executing SQL-transactions that produces the same effect as some serial execution of those same SQL-transactions

它要求多個(gè)并發(fā)事務(wù)執(zhí)行的效果與某種串行化執(zhí)行的效果一致，但是僅僅禁止P1/P2/P3異象，并不一定能夠保證“serial execution”的效果，因此論文中將ANSI Serializable稱為Anomaly Serializable。

P1/P2/P3的形式化描述

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文檔的定義，可以將這三種異象使用形式化語言描述如下，稱為A1/A2/A3（其中w1[x]表示事務(wù)1寫入記錄x，r1表示事務(wù)1讀取記錄x，c1表示事務(wù)1提交，a1表示事務(wù)1回滾，r1[P]表示事務(wù)1按照謂詞P的條件讀取若干條記錄，w1[y in P]表示事務(wù)1寫入記錄y滿足謂詞P的條件）：

  • A1 臟讀：w1[x] ... r2[x] ... (a1 and c2 in any order)

  • A2 不可重復(fù)讀：r1[x] ... w2[x] ... c2 ... r1[x] ... c1

  • A3 幻讀：r1[P] ... w2[y in P] ... c2 ... r1[P] ... c1

上述A1/A2/A3形式化描述，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定義的P1/P2/P3異象的自然語言描述轉(zhuǎn)化而來，但是ANSI標(biāo)準(zhǔn)定義的異象只針對了單個(gè)記錄或謂詞描述，對于多條記錄需滿足業(yè)務(wù)一致性的場景并未能覆蓋（比如兩個(gè)賬戶間轉(zhuǎn)賬要求余額總和不變），舉例如下：

  • H1：r1[x=50]w1[x=10] r2[x=10]r2[y=50] c2 r1[y=50]w1[y=90] c1

    • 事務(wù)1執(zhí)行賬戶x向賬戶y轉(zhuǎn)賬40，事務(wù)2讀取到了進(jìn)行到了一半的事務(wù)1（Read Uncommitted），破壞了余額總和的一致性

    • 因?yàn)槭聞?wù)1并未回滾，H1的行為并不符合A1的形式化定義

  • H2：r1[x=50]

    Read LockWrite Lock
    Locking
    Read Uncommited

    none required

    Well-formed Writes,

    Long duration Write locks

    Locking
    Read Commited    		Well-formed Reads,
    Short duration read lock

    Well-formed Writes,

    Long duration Write locks

    Locking
    Repeatable Read    		Well-formed Reads,
    Long duration data-item Read locks,
    Short duration Read Predicate locks

    Well-formed Writes

    Long duration Write locks

    Locking
    Serializable    		Well-formed Reads,
    Long duration Read locks

    Well-formed Writes

    Long duration Write locks

    將locking標(biāo)記的四種隔離級別與ANSI隔離級別對比：

    • Well-formed Reads, Short duration read lockRead Uncommitted < Read Committed < (Repeatable Read >< Snapshot) < Serializable

      本文首先介紹了ANSI基于“異象”的隔離級別標(biāo)準(zhǔn)，并分析了其狹義和廣義的描述；然后介紹了基于鎖的隔離級別標(biāo)準(zhǔn)，與ANSI隔離級別進(jìn)行了比較；最后分析快照隔離級別，在ANSI隔離級別標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，提出了兩種新的“異象”，得出快照隔離在幾種標(biāo)準(zhǔn)隔離級別特性中的位置。

“數(shù)據(jù)庫事務(wù)隔離的級別”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識可以關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章！

名稱欄目：數(shù)據(jù)庫事務(wù)隔離的級別
本文鏈接：http://muchs.cn/article30/jpgiso.html

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