Транзакция — это единая единица работы

Изменения данных редко происходят поодиночке: при переводе нужно списать средства с одного счёта и зачислить их на другой, а при оформлении заказа — зарезервировать товар и зафиксировать оплату. Если система остановится на полпути, база данных будет описывать мир, которого никогда не существовало. Транзакция — это ответ базы данных на эту проблему: последовательность одной или нескольких операций, которые база данных рассматривает как единую, неделимую единицу работы.

Всё или ничего

Внутри транзакции каждая операция принадлежит одному результату. База данных никогда не показывает завершённое состояние, в котором выполнена лишь часть транзакции. Классический пример — перевод между двумя банковскими счетами: сначала уменьшается баланс счёта-отправителя, затем увеличивается баланс счёта-получателя. Если бы выполнился только первый шаг, деньги бы исчезли; если бы только второй — появились бы из ниоткуда. Объединение обоих шагов в одну транзакцию исключает обе эти возможности.

Эта гарантия "всё или ничего" называется атомарностью. Фиксация — это действие, которое делает изменения транзакции постоянными; транзакция, которая так и не была зафиксирована, не оставляет никаких следов. Долговечность добавляет последний элемент: как только фиксация завершилась, изменение сохраняется, даже если машина потеряет питание мгновение спустя.

Транзакция — это граница

Полезно представлять транзакцию как границу, очерченную вокруг группы инструкций. До этой границы и после неё данные удовлетворяют правилам, которые налагает структура. Внутри границы существуют промежуточные состояния — с одного счёта уже списаны средства, а на другой ещё не зачислены, — но эти состояния приватны для транзакции. Последующие инструкции в других сессиях не воспринимают их как истину.

Две задачи одновременно

Таким образом, транзакции выполняют две задачи. Первая — обработка сбоев: если процесс аварийно завершится, соединение оборвётся или инструкция вызовет ошибку, база данных может восстановить состояние, существовавшее до начала транзакции. Вторая — управление видимостью: пока работа выполняется, другие читатели ограждены от незавершённого результата. Эти две задачи связаны, но не идентичны — атомарность определяет, сохраняются ли изменения, тогда как видимость регулируется уровнем изоляции — настройкой, которая управляет тем, насколько параллельные транзакции могут видеть друг друга.

Держите единицу работы в одном соединении

Состояние транзакции принадлежит соединению или сессии, поэтому инструкция, открывающая транзакцию, и фиксация, завершающая её, должны выполняться в одном и том же соединении. Многие драйверы также работают в режиме autocommit , где каждая отдельная инструкция является собственной транзакцией — для единицы работы из нескольких инструкций необходимо отключить autocommit или явно начать транзакцию.

Транзакция — это единая единица работы

Объединение обоих шагов в одну транзакцию исключает обе эти возможности. Ключевые понятия: транзакция — последовательность одной или нескольких операций, выполняемых как единая неделимая единица работы.

ВОПРОС 1

Какое утверждение лучше всего описывает транзакцию базы данных?

Последовательность одной или нескольких операций, рассматриваемых как единая неделимая единица работы.

Файл журнала, в котором записаны все инструкции, когда-либо выполненные базой данных.

Резервная копия базы данных, созданная до внесения каких-либо изменений.

Одна инструкция SQL, изменяющая одну строку.

ВОПРОС 2

При переводе списываются средства со счёта-отправителя, а затем сервер теряет питание до выполнения зачисления. Транзакция так и не была зафиксирована. Что гарантирует база данных при перезапуске?

Сохраняется только списание, так как оно выполнилось первым.

Списание сохраняется, а зачисление автоматически применяется повторно.

Оба изменения сохраняются, но помечаются как незавершённые.

Ни одно изменение не сохраняется; незавершённая транзакция откатывается во время восстановления.

ВОПРОС 3

В чём разница между COMMIT и ROLLBACK?

Это синонимы; оба делают изменения постоянными.

COMMIT завершает текущую инструкцию; ROLLBACK завершает всю сессию.

COMMIT делает изменения транзакции постоянными; ROLLBACK отменяет их и оставляет данные такими, какими они были до начала транзакции.

COMMIT сохраняет копию данных; ROLLBACK восстанавливает эту копию.

ВОПРОС 4

Разработчик утверждает: «Поскольку мой перевод выполняется внутри одной транзакции, никакая другая сессия не сможет увидеть списание до зачисления». Верно ли это?

Нет, потому что другие сессии всегда могут видеть незафиксированные данные в любой базе данных.

Нет; атомарность определяет, сохраняются ли изменения, тогда как видимость регулируется уровнем изоляции, поэтому другая сессия всё ещё может прочитать незафиксированные значения в зависимости от уровня изоляции.

Да; атомарность скрывает все промежуточные состояния от всех других сессий.

Да, но только если транзакция очень короткая.

ВОПРОС 5

Фиксация успешно завершается, и мгновение спустя машина теряет питание. Что гарантирует база данных после восстановления?

Зафиксированные изменения по-прежнему на месте, потому что долговечность гарантирует, что зафиксированные изменения переживают сбои и перезапуски.

Сохраняется только последняя инструкция транзакции.

Транзакция автоматически откатывается после перезапуска.

Изменения потеряны, потому что сбой питания произошёл до следующей контрольной точки.

Кейс: Прерванный перевод

Прочитайте приведённый ниже сценарий и ответьте на два вопроса.

Приложение переводит 100 со счёта 1 на счёт 2. Оно выполняет START TRANSACTION, затем UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1. Прежде чем успевает выполниться второй UPDATE, сетевое соединение с базой данных обрывается, и процесс приложения аварийно завершается. Таблица accounts имеет ограничение проверки, которое поддерживает неотрицательные балансы. При перезапуске приложение открывает новое соединение и не находит никаких следов завершённого перевода, а балансы обоих счетов по-прежнему выглядят точно так же, как до попытки.

С точки зрения базы данных, что происходит со списанием и какая гарантия это объясняет?

Ответ:
Списание никогда не становится завершённым результатом, потому что транзакция так и не была зафиксирована. Транзакция — это единая единица работы, а атомарность означает, что применяется вся единица целиком или ничего. Когда соединение завершается, база данных откатывает транзакцию — или выполняет тот же откат во время восстановления после сбоя, — восстанавливая состояние, существовавшее до начала транзакции. Таким образом, не существует состояния, в котором 100 покинули счёт 1, не достигнув счёта 2, поэтому деньги не исчезают.

Позже приложение переписывают для использования пула соединений. Почему первый UPDATE и фиксация должны выполняться в одном и том же соединении или сессии и какую роль играет autocommit?

Ответ:
Состояние транзакции принадлежит соединению или сессии, поэтому инструкция, открывающая транзакцию, и фиксация, завершающая её, должны выполняться в одном и том же соединении. Если уровень пула направляет последующие инструкции в другое соединение, фиксация применяется к другой единице работы, а исходная транзакция остаётся открытой или откатывается при отключении, что нарушает границу, задуманную приложением. Autocommit важен, потому что большинство драйверов по умолчанию работают в режиме autocommit, где каждая инструкция является собственной транзакцией; в этом режиме списание стало бы постоянным в момент выполнения, и единицы "всё или ничего" вообще бы не существовало. Поэтому для единицы работы из нескольких инструкций необходимо отключить autocommit или явно начать транзакцию.