Transaction and ACID

Database Transaction第一話: ACID

什麼是Database Transaction

一個transaction,就是一組一連串對資料庫進行Read和Write的動作

只有Read和Write這2種

Read
Write

因為我也想不到其他種動作了

Delete也算在Write裡面喔

wiki上寫說：

A transaction comprises a unit of work performed within a database management system (or similar system) against database.

老實說

我查了很久「a unit of work」在中文是什麼意思

他的意思應該是

Transaction包含1個單元,

什麼樣的1個單元

1個工作的單元

看到這裡不太懂沒關係

我也是猜測的

了解Transaction真正的意思就好

一個transaction,就是一組一連串對資料庫進行Read和Write的動作

一個transaction長這樣

我用pseudo code表示

因為一個transaction只有2種結局

全部SQL執行成功 -> commit;

只要有一個SQL失敗 -> rollback;

所以我最後面有個判斷式

看完pseudo code會解釋transaction的2種結局

Begin Transaction

read();
write();

read();
write();

if (success) {
commit;
} else {
rollback;
}

實際運用上

如果是在資料庫中

一個transaction就是commit和commit中間

全部的SQL

就是一個transaction

commit;
insert into member (
account, englishName, chineseName) values (
'karenten10', 'karen', '吳佳儒');

update member
set englishName = 'Karen Wu'
where account = 'karenten10';

commit;

以上面這個例子來說

這個transaction包含2個動作

一個insert

一個update

如果在程式碼中

以java來說

也是commit和commit中間

全部的SQL

...前面程式省很大
conn.commit();
stmt.execute("insert into member ( "
+ " account, englishName, chineseName) values ("
+ " 'karenten10', 'karen', '吳佳儒'");

stmt.execute("update member "
+ " set englishName = 'Karen Wu'"
+ " where account = 'karenten10'");
conn.commit();

以上面這個例子來說

這個transaction包含2個動作

一個insert

一個update

transaction的2種結局

commit

一個transaction要嘛就是

裡面SQL全部執行成功

然後將執行結果提交給資料庫 --> 也就是commit

rollback

不然只要裡面SQL只要有一個失敗

就要把前面做過的事情全部還原

當作什麼都沒發生過 --> 這就是rollback

寫到這裡佳儒不禁捫心自問

為什麼transaction要這樣設計啊

一定有它的道理

因為就算沒有全部SQL執行成功

至少他也執行到某個程度了啊

為什麼不要把這部分的成果提交出去呢

佳儒想到了一個現實生活案例：

假如佳儒今天到商店去買東西

選好東西後

到櫃檯作結賬

這時候過程的pseudo code如下

Begin Transaction

收銀員刷條碼,告知佳儒價格為$728元;
佳儒從錢包掏出錢,交給收銀員;
收銀員確認錢足夠,開始打發票,找零錢給佳儒;
佳儒把東西帶回家;

if (success) {
commit;
} else {
rollback;
}

假如佳儒在付賬時

發現錢帶不夠

例如我已拿出$500給收銀員時

才發現錢包只剩下$10呢

這時現實生活中會怎麼做

當然是收銀員會把$500退還給我

然後把商品收回去,重新放回架上

一切當作沒發生過一樣

這樣才合理嘛

所以database transaction也是這樣設計的

另外如果只有1個使用者在存取資料庫資料

我們可以不必考慮其他使用者

是否同時在修改相同一筆資料

多個使用者存取資料庫時

如果交易不能併行

那也不用考慮其他使用者

是否同時在修改同一筆資料

就像是收銀員一次只為一位顧客服務

然而在可以多使用者＆多交易

可同時進行的資料庫系統中

可能有多位使用者

同時修改同一筆資料

因此如何維持資料的正確性和一致性

就是資料庫系統最大的課題

這時候資料庫系統比較像是麵攤的老闆

他會同時煮好幾位顧客的麵

但是都可以正確上菜

以上案例

也是說明為什麼

transaction必須符合這4個特性

交易的4個特性 - ACID

先來看一下這張圖



要維持Atomicity和Durability要靠Failure Recovery機制
要確保Isolation和Concurrency要靠Concurrency Control機制

這2個機制合起來便是資料庫的「異動管理」

這2個機制稍後在之後的文章再說明

先來說transaction的4個特性

1. Atomicity (原子性）

交易是不可分割的單元,就像原子一樣
它不是全部執行,就是全部不執行
全部執行 => commit,將結果永久儲存於資料庫中
全部不執行 => 如果有一個SQL失敗,rollback,則將之前執行結果的全部回復,當作沒發生過一樣
rollback可能會由以下3種狀況觸發

transaction自己發出的rollback

(1) 可能是提款金額大於存款金額

(2) 使用者輸入密碼錯誤

(3) 提款時按「取消」

資料庫系統本身所發出的rollback

(1) 資料庫系統本身因為負載太大,而不得不先行rollback,待負載減輕時,再予以恢復

(2) 資料庫系統本身發生了Deadlock,而不得不先行rollback

資料庫系統中途發生當機或無法抗拒的意外,這時候沒有人可以發出rollback的命令

(1) 當資料庫系統再度被啟用時,資料庫系統可以利用Transaction Log,判斷哪些Transaction要rollback,哪些Transaction要重新執行

2. Consistency (一致性）

指的是資料在交易前後必須保持一致,直接舉個例子來說明

例如：

A戶頭有300元

B戶頭有500元

A要轉賬100元給B

這時候會有以下動作

A戶頭扣100元,A變成200元
B戶頭加100元,B變成600元

要嘛這2個動作都成功,要嘛這2個動作都不要做

不可以有A戶頭已經扣掉100元

但B戶頭沒加上100元的狀況

不論transaction前後

2個戶頭加總起來是800元

這就是transaction的consistency

3. Isolation (隔離性）

隔離性就是一個transaction在進行時

它所用到的資料庫資料

或是產生的中間結果

不能讓其他transaction影響(寫入）或使用

直到該transaction結束為止（commit)

舉例來說：

如果有個遊戲設計成

會員如果買寶物,會扣10點的點數

會員如果玩遊戲,會扣1點的點數

如果會員同時開了2個視窗

1個視窗買寶物 -> transaction買寶物

1個視窗玩遊戲 -> transaction玩遊戲

Begin Transaction買寶物

取得剩餘點數
檢查是否夠買寶物
如果足夠,點數扣10點
會員寶物清單新增1個寶物

commit;

Begin Transaction玩遊戲

取得剩餘點數
檢查是否夠玩遊戲
如果足夠,點數扣1點
遊戲開始

commit;

那麼如果沒有把「會員點數」table中

那一筆會員的資料鎖定

一次只允許一個transaction進行

如果點數只剩下10點

那有可能會發生會員買了寶物

也玩了一次遊戲

因為系統以為有足夠的點數

佳儒所知道

實際上做到資料鎖定的方式是：

要自己下一個SQL來達成這樣的目的

會員額度的Table叫做memberAccount

（以oracle來說）

select ＊
from memberAccount
where account = 'karenten10'
for update

這樣karenten10的會員資料

就被鎖定住了

直到目前這個transaction commit後

另1個transaction才能開始使用該筆資料

其實隔離的層級有4種

待佳儒之後的文章再繼續介紹

4. Durability (持續性）

如果在commit的時候

系統發生錯誤

那麼在系統回復後

要繼續完成未完成的工作

這就是transaction的durability

還有許多主題沒有講

就待下幾篇文章繼續

本篇文章寫的出來

主要參考以下來源

感謝他們～

「資料庫系統之理論與實務」,華泰出版社, 曾守正 周韻寰編著
http://en.wikipedia.org/wiki/Database_transaction
http://openhome.cc/Gossip/EJB3Gossip/TransactionABC.html
http://openhome.cc/Gossip/HibernateGossip/IsolationLevel.html
http://structedtext.appspot.com/db/transaction.html
http://openhome.cc/Gossip/JavaGossip-V2/StatementResultSet.htm
http://sjchen.im.nuu.edu.tw/Database/98/Ch07_T.pdf
http://cilab.csie.ncu.edu.tw/students/xiang/course_972/ES750/ES750-14.ppt
http://courses.ywdeng.idv.tw/cust/2011/db/PPT/ch11.ppt‎