資料庫原理之事務（二）

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　　本文主要分析資料庫並發控制的一系列問題。事務是並發控制的基本單位，保證事務ACID的特性是交易處理的重要任務，而並行作業有可能會破壞其ACID特性。

　　一個資料庫可能擁有多個訪問用戶端，這些用戶端都可以並發方式訪問資料庫。資料庫中的相同資料可能同時被多個事務訪問，如果沒有採取必要的隔離措施，就會導致各種並發問題，破壞資料的完整性。這些問題可以歸結為5類，包括三類資料讀問題（髒讀、幻象讀和不可重複讀取）以及兩類資料更新問題（第一類丟失更新和第二類丟失更新）。下面，我們分別通過執行個體講解引發問題的情境。

一、資料讀取問題

1、髒讀（Dirty Read）

　　首先用一個例子來說，有這樣一個笑話：一個結巴在飲料店櫃檯前轉悠，老闆很熱情地迎上來：“喝一瓶？”，結巴連忙說：“我…喝…喝…”，老闆麻利地開啟易拉罐遞給結巴，結巴終於憋出了他的那句話：“我…喝…喝…喝不起啊！”。在這個笑話中，飲料店老闆就對結巴進行了髒讀。 

　　讀“髒”資料是指事務A修改某一資料，並將其寫回磁碟，事務B讀取同一資料後，A由於某種原因被除撤消，而此時A把已修改過的資料又恢複原值，B讀到的資料與資料庫的資料不一致，則B讀到的資料就為“髒”資料，即無效的資料。

　　以存取款為例，來看看髒讀的過程：

時間	轉賬事務A	取款事務B
T1		開始事務
T2	開始事務
T3		查詢賬戶餘額為1000元
T4		取出500元把餘額改為500元
T5	查詢賬戶餘額為500元（髒讀）
T6		撤銷事務餘額恢複為1000元
T7	匯入100元把餘額改為600元
T8	提交事務

　　在這個情境中，B希望取款500元而後又撤銷了動作，而A往相同的賬戶中轉賬100元，就因為A事務讀取了B事務尚未提交的資料，因而造成賬戶白白丟失了500元。

2、不可重複讀取（Unrepeatable Read）

　　不可重複讀取是指A事務讀取了B事務已經提交的更改資料。假設A在取款事務的過程中，B往該賬戶轉賬100元，A兩次讀取賬戶的餘額發生不一致：

時間	取款事務A	轉賬事務B
T1		開始事務
T2	開始事務
T3		查詢賬戶餘額為1000元
T4	查詢賬戶餘額為1000元
T5		取出100元把餘額改為900元
T6		提交事務
T7	查詢賬戶餘額為900元（和T4讀取的不一致）

　　在這個情境中，同一事務的T4時間點和T7時間點讀取賬戶存款餘額不一樣。

3、幻象讀（Phantom Read）

　　A事務讀取B事務提交的新增資料，這時A事務將出現幻象讀的問題。幻象讀一般發生在計算統計資料的事務中，舉一個例子，假設銀行系統在同一個事務中，兩次統計存款賬戶的總金額，在兩次統計過程中，剛好新增了一個存款賬戶，並存入100元，這時，兩次統計的總金額將不一致：  

時間	統計金額事務A	轉賬事務B
T1		開始事務
T2	開始事務
T3	統計總存款數為10000元
T4		新增一個存款賬戶，存款為100元
T5		提交事務
T6	再次統計總存款數為10100元（幻象讀）

　　如果新增資料剛好滿足事務的查詢條件，這個新資料就進入了事務的視野，因而產生了兩個統計不一致的情況。 
　　幻象讀和不可重複讀取是兩個容易混淆的概念，前者是指讀到了其它已經提交事務的新增資料，而後者是指讀到了已經提交事務的更改資料（更改或刪除），為了避免這兩種情況，採取的對策是不同的，防止讀取到更改資料，只需要對操作的資料添加行級鎖，阻止操作中的資料發生變化，而防止讀取到新增資料，則往往需要添加表級鎖——將整個表鎖定，防止新增資料。

二、資料寫入問題

1、第一類丟失更新

　　A事務撤銷時，把已經提交的B事務的更新資料覆蓋了。這種錯誤可能造成很嚴重的問題，通過下面的賬戶取款轉賬就可以看出來： 

時間	取款事務A	轉賬事務B
T1	開始事務
T2		開始事務
T3	查詢賬戶餘額為1000元
T4		查詢賬戶餘額為1000元
T5		匯入100元把餘額改為1100元
T6		提交事務
T7	取出100元把餘額改為900元
T8	撤銷事務
T9	餘額恢複為1000元（丟失更新）

　　在這個情境中，A事務在撤銷時，“不小心”將B事務已經轉入賬戶的金額給抹去了。 

2、第二類丟失更新 
　　A事務覆蓋B事務已經提交的資料，造成B事務所做操作丟失：  

時間	轉賬事務A	取款事務B
T1		開始事務
T2	開始事務
T3		查詢賬戶餘額為1000元
T4	查詢賬戶餘額為1000元
T5		取出100元把餘額改為900元
T6		提交事務
T7	匯入100元
T8	提交事務
T9	把餘額改為1100元（丟失更新）

　　在這個例子裡，由於支票轉賬事務覆蓋了取款事務對存款餘額所做的更新，導致銀行最後損失了100元，相反如果轉賬事務先提交，那麼使用者賬戶將損失100元。

資料庫原理之事務（二）