数据库——事务管理

title: 数据库——事务管理
date: 2024-07-06 11:55:39
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description: 数据库的事务管理的相关知识

事务管理

事务管理是对一系列数据库操作进行管理的过程，这些操作被视为一个不可分割的工作单元（原子单元）。事务管理在数据库系统中起着至关重要的作用，它确保了数据的一致性和完整性，防止了数据在并发操作中出现不一致或损坏的情况。

事务的定义

事务是数据库管理系统中的一个概念，用于管理一组数据库操作，使它们作为一个不可分割的工作单元执行。一个事务可以包含一个或多个SQL语句，这些语句要么全部执行成功，要么全部回滚（撤销），从而确保数据库的数据一致性和完整性。

事务的特性（ACID）

事务具有四个基本特性，即原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability），这四个特性通常简称为ACID。

• 原子性：事务是一个原子操作，由一系列动作组成。事务的原子性确保这些动作要么全部完成，要么完全不起作用，从而避免了部分成功、部分失败的情况。
• 一致性：事务必须使数据库从一个一致性状态转换到另一个一致性状态。这意味着事务的执行不会破坏数据库的约束和规则，确保数据的正确性。
• 隔离性：事务的隔离性确保了多个并发事务之间的隔离，避免了数据交叉访问和干扰，保证了每个事务的独立性。不同的隔离级别会影响事务的并发性能和一致性保证程度。
• 持久性：一旦事务被提交，其对数据库的更改就会持久保存，即使系统崩溃也不会丢失。这确保了事务的更改能够长期保存并供后续操作使用。

事务管理的作用

事务管理的作用主要体现在以下几个方面：

• 保证数据的一致性：通过确保事务的原子性，事务管理可以防止因部分操作失败而导致的数据不一致问题。
• 确保数据的完整性：事务的ACID特性共同作用，确保数据的完整性和正确性，防止数据丢失或损坏。
• 提供隔离性：通过控制事务的隔离级别，事务管理可以避免不同事务之间的干扰和冲突，保证每个事务的独立性。
• 支持并发操作：在并发环境下，事务管理通过并发控制和恢复机制，确保多个事务能够同时执行而不相互干扰。

事务管理的实现方式

在不同的数据库管理系统中，事务管理的实现方式可能有所不同。但一般来说，事务管理包括并发控制和恢复两部分。

• 并发控制：并发控制涉及到多个事务对数据库的某个公共部分进行同时存取的自动控制。为了提高死锁检测的效率，尽早发现“隐藏”的死锁，并发控制机制会有效地表示各种等待关系，并处理死锁等并发问题。
• 恢复：恢复机制用于在事务失败或系统崩溃时恢复数据库到一致性状态。这通常包括撤销（Undo）和重做（Redo）两个步骤。撤销操作用于回滚事务的更改，而重做操作则用于重新执行那些因系统崩溃而未能完成的事务。

事务状态

1. 数据库事务的状态描述了事务在其生命周期中所处的不同阶段。根据多个来源的信息，数据库事务的状态通常包括以下几种：

• 活动的（Active）：事务对应的数据库操作正在执行过程中，此时事务处于活动的状态。这是事务的初始状态，表示事务已经开始执行，但尚未完成。
• 部分提交的（Partially Committed）：事务内部最后一个操作执行结束，但此时数据更新处于内存级别，还未刷新到磁盘中，称事务处于部分提交的状态。在这个阶段，事务的修改已经在内存中完成，但还没有被永久保存到磁盘上。
• 失败的（Failed）：当事务处在活动的或者部分提交状态时，可能遇到了某些错误（如数据库自身的错误、操作系统错误或直接断电）而无法继续执行，或者人为停止当前事务的执行，此时事务处于失败的状态。
• 中止的（Aborted）：事务处于失败状态时，会进行回滚操作，即将数据库恢复到事务执行前的状态，回滚后事务处于中止的状态。这是事务处理失败后的最终状态，表示事务的所有修改都已被撤销，数据库回到了事务开始之前的状态。
• 提交的（Committed）：当一个处在部分提交的状态的事务将修改过的数据从内存同步到磁盘之后，该事务就处于提交的状态。这是事务处理成功的最终状态，表示事务的所有修改都已被永久保存到数据库中。

2. 事务状态的转换通常遵循以下规则：

• 事务从活动的状态开始执行。
• 如果所有操作都成功完成并准备将结果写入磁盘，则事务进入部分提交的状态。
• 如果在部分提交之前遇到错误，事务将进入失败的状态，并随后被中止（回滚）。
• 如果所有操作都成功完成并成功将数据写入磁盘，则事务进入提交的状态。

事务之间的相互影响

事务之间的相互影响主要体现在数据库操作中，特别是在并发环境下，多个事务可能同时访问和修改相同的数据，从而导致一系列问题。这些相互影响主要包括以下几种情况：

• 脏读（Dirty Read）：

  脏读是指一个事务读取了另一个事务未提交的数据。由于这些数据尚未被提交，因此是有可能回滚的。如果读取数据的事务基于这些未提交的数据进行了进一步的操作，那么当这些未提交的数据被回滚时，基于这些数据的操作就会变得无效或错误。脏读破坏了事务的隔离性。

• 不可重复读（Non-repeatable Read）：

  不可重复读是指在数据库访问中，一个事务范围内两个相同的查询却返回了不同的数据。这是由于查询时系统中其他事务修改的提交而引起的。即使两个查询完全相同，但由于其他事务的介入，导致查询结果发生了变化。不可重复读同样破坏了事务的隔离性，使得事务的多次读取结果不一致。

• 幻读（Phantom Read）：

  幻读是指当事务不是独立执行时发生的一种现象。例如，第一个事务对一个表中的数据进行了修改，这种修改涉及到表中的全部数据行。同时，第二个事务也修改这个表中的数据，但这种修改是向表中插入一行新数据。那么，以后就会发生操作第一个事务的用户发现表中还有没有修改的数据行，就好象发生了幻觉一样。幻读也是由于并发事务的介入导致的，它破坏了事务的隔离性，使得事务在多次读取同一数据集合时，看到的数据集合发生了变化。

• 丢失更新（Lost Update）：

  丢失更新是指两个事务同时读取同一条记录，A先修改记录，B也修改记录（B是不知道A修改过的），B提交数据后B的修改结果覆盖了A的修改结果。这种情况下，A的更新被B的更新所覆盖，导致A的更新丢失。丢失更新同样是由于并发事务的介入导致的，它破坏了事务的原子性和一致性。

事务的隔离级别

为了解决事务之间的相互影响，数据库系统提供了事务隔离级别的概念。事务隔离级别决定了事务之间的可见性和一致性程度。常见的事务隔离级别包括：

• 读未提交（Read Uncommitted）：允许事务读取未被其他事务提交的变更，这可能导致脏读、不可重复读和幻读。
• 读已提交（Read Committed）：确保事务只能读取已经被其他事务提交的变更，这可以避免脏读，但不可重复读和幻读仍可能发生。
• 可重复读（Repeatable Read）：确保在同一个事务中多次读取同样记录的结果是一致的，这可以避免脏读和不可重复读，但幻读仍可能发生（在某些数据库系统中，如MySQL的InnoDB存储引擎，通过多版本并发控制MVCC可以进一步避免幻读）。
• 串行化（Serializable）：这是最高的隔离级别，它通过强制事务串行执行来避免脏读、不可重复读和幻读。但这种方式会大大降低数据库的并发性能。