Transaction isolation and read phenomena

ACID property

當我們談論資料庫的ACID，我們是在描述一組保證資料庫交易正確和可靠的屬性。ACID代表原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）和持久性（Durability)，這四大特性確保了資料庫交易的可靠性和資料的安全性:

• 原子性（Atomicity)
  • 把整個交易視為一個原子，是一個不可分割的邏輯單位
    所以要嘛整個交易成功，不然就是整個交易失敗，沒有存在成功一半，因此只要其中一個操作沒有完全，那就會rollback回到原本的狀態。
  • 範例：想像你在ATM提款機提現。這包括兩步：扣除你的帳戶餘額，和出錢。原子性保證這兩步要麼一起完成，要麼一步都不完成。
• 一致性(Consistency)
  • 交易前後保持一致性，資料庫從一個有效狀態經過交易之後變成另一個有效狀態:
    • 寫入資料庫的所有數據必須是有效的
    • 交易進行後 資料庫的完整性沒有被破壞
  • 範例：如果銀行帳戶不允許餘額低於0，則交易不應該使餘額低於這個數值。
• 隔離性(Isolation)
  • Transaction過程中不會被其他Transaction影響
    他實際的效果會根據設定的isolation level 而有不同效果，但基本是要確保每個Transaction在進行時是互不干擾的
  • 範例：如果兩人同時從同一帳戶轉賬，每個人都看不到對方的交易，直到各自的交易完成。
• 永久性(Durability)
  • 所有的數據都是由成功的Transaction交易寫入的，即使系統故障也不會丟失。
  • 範例：當你存錢後，即使銀行系統突然關機，你的存款資料也不會丟失。

Isolation

• 在其最高水平上，完美的隔離性確保所有同時進行的交易不會互相影響。
• 當多個交易同時運行時，一個交易可能會受到其他交易的干擾，這稱為read phenomenon。

Read Phenomena

• When a transaction is impacted by other transactions, it is called a "Read Phenomenon.”

• It happens when there is low-level isolation.

• There are several types of Read Phenomenon:

  Dirty Read

  當一個交易讀取了另一個未提交交易所修改的數據時，就會發生髒讀。這意味著，如果那個修改的交易最後回滾（即取消），那麼第一個交易讀取的數據就是不正確的。

  Non-Repeatable Read

  在一個交易的兩次讀取操作之間，另一個交易修改或刪除了該數據，導致第一個交易的兩次讀取結果不一致。

  Phantom Read

  在一個交易的兩次查詢操作之間，另一個交易插入或刪除了一些行，導致第一個交易的兩次查詢結果集不一致。

  Serialization Anomaly

  序列化異常是指當多個交易同時進行時，可能會發生的不符合期望的結果。這些結果在這些交易一個接一個、按順序執行時，也就是完全串行化時是不會發生的。

4 Isolation Levels

ANSI其定義SQL不同的 Isolation 等級來標明哪個等級的 Isolation 可以解決上述問題:

1. 讀未提交（Read Uncommitted）：
   • 描述：這是最低的隔離級別。在此級別下，一個交易可以看到其他未提交交易的變更。
   • 結果：可能會出現Dirty Read。
2. 讀已提交（Read Committed）：
   • 描述：在此級別下，一個交易只能看到已經提交的交易所做的變更。
   • 結果：解決了Dirty Read的問題，但仍可能出現Non-Repeatable Read。
3. 可重複讀（Repeatable Read）：
   • 描述：這個級別確保在一個交易內多次讀取同一資料時，結果是相同的。其他交易在此期間不能修改這筆資料。
   • 結果：解決了Non-Repeatable Read的問題，但仍可能出現Phantom Read。
4. 串行化（Serializable）：
   • 描述：這是最高的隔離級別。它確保所有交易都是串行化執行的，即彼此之間完全沒有干擾。
   • 結果：解決了所有上述的Serialization Anomaly，包括Phantom Read，但可能會影響性能，因為它通常需要更多的鎖。