事务与回滚

事务

• 一个事务是一个动作，或一系列动作，由单一用户或应用程序执行，用以读取或更新数据库的内容。
• 一个事务是一个逻辑工作单元，它将数据库从一个一致状态转换到另一个一致状态。

• 事务是以下方面的单元：

  • 恢复
  • 一致性
  • 完整性

ACID属性

一个事务必须满足ACID属性：

• 原子性

  • 事务没有部分
  • 事务不能部分执行

• 一致性

  • 事务将数据库从一个一致状态转换到另一个一致状态
  • 注意：在事务执行过程中，数据库可能会出现不一致，但最终必须保证一致性！

• 隔离性

  • 事务的效果在事务完成之前对其它事务不可见

• 持久性

  • 一旦事务完成，即使系统随后崩溃，其更新也会保留

这些属性确保数据库在处理事务时能够保持数据的完整性和可靠性。原子性意味着事务要么完全执行，要么完全不执行；一致性确保事务完成后数据库仍然保持一致状态；隔离性确保并发事务的执行结果必须与它们序列化执行的结果一致；而持久性意味着一旦事务被提交，它对数据库的更改就是永久的，即使发生系统故障也不会丢失。

ACID示例

• 事务：“从账户A转账50英镑到账户B”

  1. read(A)
  2. A = A - 50
  3. write(A)
  4. read(B)
  5. B = B + 50
  6. write(B)
• 原子性：不应该在没有给B钱的情况下从A中扣钱
• 一致性：总体上没有钱丢失或增加
• 隔离性：其他查询不应该在事务完成前看到A或B的变化
• 持久性：钱不会回到A账户

事务管理器

• 事务管理器执行ACID属性

  • 它安排事务的操作
  • 为了确保原子性，使用COMMIT和ROLLBACK
  • 使用锁或时间戳来确保并发事务的一致性和隔离性
  • 为了在系统失败时确保持久性，会保持一个日志记录

如从一个账户向另一个账户转账。它说明了为了确保这种类型的操作是安全的，数据库需要遵循ACID属性。事务管理器的作用是确保这些属性得到遵守，并且事务能够正确无误地执行。通过提交（COMMIT）和回滚（ROLLBACK）来保证原子性，通过锁或时间戳保证一致性和隔离性，并通过日志记录保证在出现系统故障时数据的持久性。

提交和回滚

• COMMIT表示事务成功结束

  • 事务所做的任何更改都会被保存
  • 这些更改对其他事务变得可见

• ROLLBACK表示事务未成功结束

  • 事务所做的任何更改都会被撤销
  • 就像该事务从未发生过一样

恢复

• 理论上，事务应该是持久的

  • 但实践中我们不能总是预防所有类型的失败，例如：

    • 系统崩溃
    • 电力故障
    • 硬盘崩溃
    • 用户错误
    • 破坏行为
    • 自然灾害

事务日志

• 事务日志记录所有事务的细节

  • 事务对数据库所做的任何更改
  • 如何撤销这些更改
  • 事务何时以及如何完成

• 日志存储在磁盘上，不在内存中

  • 如果系统崩溃，日志则会被保留

• 预写日志规则

  • 日志条目必须在COMMIT之前记录

系统故障

• 系统故障影响所有运行中的事务

  • 软件崩溃
  • 电力故障
• 物理介质（磁盘）没有损坏

• 数据库管理系统在不同时间会进行检查点操作

  • 所有提交的事务都会写入磁盘
  • 会在磁盘上记录当前正在运行的事务

事务日志是数据库恢复机制的重要组成部分，它确保即使在发生系统故障的情况下，也能够恢复事务状态或者撤销未完成的事务。预写日志规则是一种重要的协议，它确保在任何更改被提交到数据库之前，这些更改已经被记录在日志中。系统故障部分强调，尽管软件或硬件故障会影响事务的执行，但是通过定期的检查点和日志记录，数据库可以恢复到最后一个一致的状态，保护数据不受损害。这是保证数据库持久性和一致性的关键措施。

系统恢复

• 在故障发生时正在运行的任何事务都需要被撤销并重启
• 自上一个检查点以来已提交的任何事务都需要重新完成

在数据库管理系统中，这意味着当系统恢复后，为了保持数据的一致性和完整性，系统必须能够处理在故障发生时未能完成的事务，以及自上次检查点之后已提交的事务。通过撤销和重启未完成的事务以及重新完成已提交的事务，系统可以确保所有数据都是准确和最新的，从而保持数据库的一致性和持久性。