[ACID] 事務(Transaction)

15th鐵人賽

後端里長伯 hohshen

2023-09-16 22:28:53

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Transaction

前言

Transaction事務(交易)，我喜歡將它翻譯成事務，
因為他與買賣交易完全無關係，
代表的其實是要將一段SQL丟進資料庫系統中，最後取得回覆。
至於Transaction事務在資料庫系統中是如何運作的呢？
需要符合哪些規則，讓我們一步一步的了解。

Remark: 有時會將Transaction寫成TX來表示

命運

我們知道在電腦之中(這裡的電腦指的是馮紐曼架構的電腦)，
每個指令(這裡的"指令"是指機器碼machine code)都會使用到I/O與CPU，
逃離不了Fetch、Decode、Execute

Fetch(I/O)：從memory讀取指令，將指令放到指令暫存器中
Decode(CPU)：解析指令暫存器中的
Execute(CPU)：執行指令
的循環。

想當然爾，資料庫的CRUD同樣逃離不了該命運。
當循序操作時(同一個時間裡整台電腦就只能執行該指令)，
一個指令一個指令的輸入，當該指令I/O或CPU閒置時，
無法讓其他指令使用，將造成許多浪費，且效率極差。

改變

就是因為循序操作(Serialized)，所以造成了I/O與CPU的浪費，這裡我們稱為idle，俗稱占著茅坑不拉屎。
因此我們可以透過pipelining的技術，讓同一時間不只有一個指令。達到指令A有idle時，可以將資源讓出來給其他需要的指令，這樣的交錯操作(interleaved)，可以增加throughput。

並發性(Concurrency)

但隨之而來的將會面臨著並發(Concurrency)問題，可能會有多個指令同時操作著同一筆資料，造成覆蓋等問題。
所以，目標就是在交錯操作(interleaved)的設計之下，必須讓每個操作都如同循序操作(Serialized)般的如其效果。
要讓同一個資料避免同一個時間被兩個指令修改，第一個想法就是在操作該筆資料時，加上鎖，讓其他也想操作該筆資料的指令先在外面等，等前面的指令使用完了，再將該筆資料讓出來給下一個指令操作。
在程式之中可能會這樣寫。

wLock.lock();
try{
    // do some instructions
}finally{
    wLock.unlock();
}

可以發現我們在執行指令的上下加上了lock，以確保在操作這些指令時，所使用到的所有資料與變數都為自己所用，並且在此期間不被其他指令污染。
再來可以發現，我們的try{...} 其實可以塞入很多指令，塞到滿出來想要塞多少都可以。這裡我們稱為c.s. (Critical section臨界區段)。

Transaction(TX)

剛剛看到了在撰寫程式時的lock。

wLock.lock();
try{
    // do some instructions
}finally{
    wLock.unlock();
}

聰明的小夥伴們是否覺得非常熟悉啊，長相幾乎跟資料庫之中的transaction非常類似。

tx.start()
try {
    // some sql instructions
} finally {
    tx.commit();
}

其實，Transaction說明白的就是一種Critical section，裡面可以放1~n個SQL instructions組成一個Transaction，確保該Transaction運行之中資料不被污染。
SQL instructions主要操作就是CRUD，更簡化的操作就是讀/寫與cpu的操作，