Chapter 17 Transactions

ACID

• Atomicity: 事务是一个原子操作，要么全部执行成功，要么全部不执行。
• Consistency: 事务执行前后，数据库要维持一致性。
  • 显式：定义primary key, foreign key 等
  • 隐式：例如某些数据必须非负，或者一些默认的等式关系
• Isolation: 事务的执行不受其他事务的影响。
• Durability: 一旦事务提交，其对数据库的修改是永久性的，即使系统崩溃也不会丢失。

A simple model

访问数据的方式简化为两种：

• read(X)
• write(X)

Transaction State

事务必须处在如下状态中的某个：

• active
• Partially committed
• Failed
• Aborted
• Committed

Concurrent Executions

好处：

• 提高CPU和disk利用率
• 减少平均响应时间

潜在问题：

• Lost Update:

• Dirty Read:

• Unrepeatable Read

• Phantom Problem

Schedules

Schedule是一组指令序列，指定了并发事务中各个操作的执行顺序。

• Serial Schedule: 串行执行，一定满足ACID。
• Serializable Schedule: 可串行化

Serializability

• 基本假设：每个事务都能保证数据库一致性
• 因此一系列串行的事务一定能保持一致性
• 如果一个调度能够等价于某个串行调度，则称为可串行化：
  • conflict serializability: 冲突可串行化
  • view serializability: 视图可串行化

Conflict Serializability

• 对相同的数据，两个事务都进行读操作是没有冲突的，只要有写操作就有冲突。

• conflict equivalent: 两个调度可以通过一系列 non-conflicting操作的交换互相转换，则称二者是conflict equivalent的

• conflict serializable: 如果一个调度和一个串行调度是conflict equivalent的，则称该调度是conflict serializable的。

Testing for Serializability

• precedence graph: 前驱图

  • 有向图，节点是事务，边是冲突的操作
  • \(T_1\) 指向 \(T_2\)，如果 \(T_1\) 的操作冲突于 \(T_2\) 的操作，且 \(T_1\) 的冲突操作在 \(T_2\) 的冲突操作之前执行。
  • 如果图中没有环，则该调度是conflict serializable的。

• 对于无环图，可以通过拓扑排序得到一个串行调度。

Different forms of Serializability

• Conflict serializability: 如前所述，只考虑冲突的操作对
• View serializability:
  • 相同的数据读取内容：每个事务的读操作必须读到与某个串行执行顺序中相同的数据值。
  • 相同的最终写入内容：所有事务执行完成后，数据项的最终值必须与某个串行执行顺序中的最终值相同。

明显后者要求更宽松： + 如果一个调度是conflict serializable的，则它也是view serializable的。 + 但反之不成立:

Recoverability

Recoverable Schedules

• 避免脏读：如果\(T_j\)read了 \(T_i\)write的数据，则\(T_j\)必须在\(T_i\)commit之后才能commit。
• 避免cascading rollback：
  • 一连串的事务之间有依赖关系，如果一个事务回滚，所有依赖它的事务都必须回滚，虽然可恢复但是效率低。
  • cascadeless schedules：每一对事务之间都不允许脏读

Weak Levels of Consistency

回顾四种潜在问题：Lost Update, Dirty Read, Unrepeatable Read, Phantom Problem

• Serializable: 要求最高，严格串行
• Repeatable Read: 允许Phantom Problem
• Read Committed: 允许Unrepeatable Read和Phantom Problem
• Read Uncommitted: 允许所有问题

隔离级别可以设置：

set transaction isolation level serializable;

connection.setTransactionIsolation(Connection.TRANSACTION_SERIALIZABLE);

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最后更新: 2025年6月13日 23:48:58
创建日期: 2025年6月7日 00:10:23