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削弱数据库中事务隔离级别可能会导致什么

大家好。联系弗拉迪斯拉夫·罗丹（Vladislav Rodin）。目前，我是OTUS高负载架构师课程的负责人，并且还教授软件架构课程。

如您所见，除了教学之外，我还一直在为博客版权材料OTUSHabré撰写文章，而今天的文章我想与《 PostgreSQL》课程的开始相吻合，该课程现已开放。



介绍


在上次你和我谈过的数据库用于两个目的在于交易：以确保在竞争环境中的容错和数据访问。要完成这些任务，事务必须具有ACID属性。今天，我们将详细讨论此缩写中的字母I（隔离）。


绝缘


隔离解决了在竞争环境中访问数据的问题，有效地提供了针对竞争条件的保护。理想情况下，隔离意味着序列化，即一种确保并行执行事务的结果与顺序执行结果相同的属性。此属性的主要问题是，从技术上讲，它很难提供，因此对系统性能有重大影响。这就是为什么通常会降低隔离度，接受某些异常的风险的原因，下面将对此进行讨论。某些异常发生的可能性恰好是事务隔离级别的特征。

最著名的异常是：脏读，不可重复读，幻像读，但实际上还有5种：脏写，光标丢失更新，丢失更新，读取歪斜，写入歪斜。

脏写


异常的本质是事务可以覆盖未提交的数据。

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这种异常是危险的，不仅因为提交两个事务后数据可能会冲突（如图所示），而且还因为违反了原子性：因为我们允许覆盖未锁定的数据，所以不清楚如何回滚一个事务而不击中另一个事务。

异常的处理非常简单：我们在记录开始之前挂断写锁，禁止其他事务更改记录，直到释放锁为止。

脏读


脏读意味着读取未提交的数据。

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当基于样本需要执行某些动作或做出决策时，就会出现问题。

要解决此异常，可以挂起一个读锁，但这会严重影响性能。简单地说，对于回滚事务，必须将数据的初始状态（记录之前）存储在系统中。为什么不从那里读？这是相当便宜的，因此大多数数据库默认都会删除脏读。

更新丢失


更新丢失意味着更新丢失，并且转换准确地反映了问题的实质：

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实际上，事务T2的结果被取消了。这种情况是通过显式或隐式写锁解决的。也就是说，我们要么简单地更新记录，然后发生隐式锁定，要么执行select for update，导致发生读写锁定。请注意，这样的操作非常危险：通过我们的“无辜”阅读，我们将阻止其他阅读。某些数据库为共享提供了更安全的选择，允许您读取数据，但不允许更改。

游标丢失更新


为了更好地控制，基座可以提供其他工具，例如光标。游标是一种结构，其中包含一组线，并允许您对其进行迭代。为select_statement声明cursor_name。游标的内容由select描述。

为什么需要光标？事实是某些数据库提供了对由select选择的所有记录的锁定（读取稳定性），或仅锁定了光标当前所在的记录（光标稳定性）。借助游标稳定性，实现了短锁，如果迭代大数据样本，则可以减少锁的数量。因此，丢失的更新异常将针对光标单独突出显示。

不可重复读


不可重复读取是在执行事务期间，对同一记录的两次连续读取将导致不同的结果，因为另一笔事务介于这两次读取之间，从而更改了数据并已提交。

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为什么这是一个问题呢？想象一下，图中交易T2的目的是选择价格低于150立方米的所有产品 有人将价格更新为200美元 因此，安装的过滤器不起作用。

当添加两相锁或使用MVCC机制时，这些异常现象将不再发生，我想分别讨论一下。

幻影阅读


Phantom正在读取由另一个事务添加的数据。

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例如，当发生这种异常时，您可能会观察到最便宜产品的错误选择。

摆脱幻象阅读已经非常困难。普通的阻止是不够的，因为我们将无法阻止尚不可用的内容。2PL系统使用预测锁定，而MVCC系统使用事务调度程序来取消可能被插入中断的事务。第一和第二机制都非常沉重。

读取歪斜


当我们使用多个表时，会出现读取偏斜，其内容应以一致的方式更改。

假设有代表帖子及其元信息的

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表：一个事务从表中读取，另一个事务对其进行更改：

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作为事务T1的结果，该帖子的标题=好，而update_by = T2，这有些不一致。

实际上，这是不可重复的读取，但是作为多个表的一部分。

为了更正，T1可以在将要读取的所有行上挂锁，以防止T2更改信息。对于MVCC，交易T2将被取消。如果使用游标，那么针对这种异常情况的保护就变得很重要。

写偏斜


使用一个例子也可以更容易地解释这种异常：假设在我们的系统中至少有一名医生必须值班，但是两位医生都决定取消其职责：

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异常导致了一个事实，即没有医生值班。为什么会这样呢？因为该事务检查了另一个事务可能违反的条件，并且由于隔离，所以我们没有看到此更改。

这是相同的不可重复读取。或者，选择可以在这些记录上挂锁。

写入偏斜和读取偏斜是先前异常的组合。您可以考虑写偏斜，它本质上是幻像读取。考虑一个表，其中有雇员的姓名，工资和他们从事的项目：

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结果，我们得到如下图：每个经理都认为他的变更不会导致预算，因此他们进行了人事变更，从而导致超支。

问题的原因与幻像读取完全相同。

发现


削弱数据库中事务隔离的级别是安全性和性能之间的折衷，应该根据发生任何异常情况时对业务的潜在风险来选择该级别。


了解有关该课程的更多信息。

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