PG中的事务

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PG中的事务

PostgreSQL为开发者提供了一组丰富的工具来管理对数据的并发访问。在内部,数据一致性通过使用一种多版本模型(多版本并发控制,MVCC)来维护。这就意味着每个 SQL 语句看到的都只是一小段时间之前的数据快照(一个数据库版本),而不管底层数据的当前状态。这样可以保护语句不会看到可能由其他在相同数据行上执行更新的并发事务造成的不一致数据,为每一个数据库会话提供事务隔离。MVCC避免了传统的数据库系统的锁定方法,将锁争夺最小化来允许多用户环境中的合理性能。

使用MVCC并发控制模型而不是锁定的主要优点是在MVCC中,对查询(读)数据的锁请求与写数据的锁请求不冲突,所以读不会阻塞写,而写也从不阻塞读。甚至在通过使用革新的可序列化快照隔离(SSI)级别提供最严格的事务隔离级别时,PostgreSQL也维持这个保证。

在PostgreSQL里也有表和行级别的锁功能,用于那些通常不需要完整事务隔离并且想要显式管理特定冲突点的应用。不过,恰当地使用MVCC通常会提供比锁更好的性能。另外,由应用定义的咨询锁提供了一个获得不依赖于单一事务的锁的机制。

事务隔离

SQL标准定义了四种隔离级别。最严格的是可序列化,在标准中用了一整段来定义它,其中说到一组可序列化事务的任意并发执行被保证效果和以某种顺序一个一个执行这些事务一样。其他三种级别使用并发事务之间交互产生的现象来定义,每一个级别中都要求必须不出现一种现象。注意由于可序列化的定义,在该级别上这些现象都不可能发生(这并不令人惊讶--如果事务的效果与每个时刻只运行一个的相同,你怎么可能看见由于交互产生的现象?)。

在各个级别上被禁止出现的现象是:

  • 脏读

    一个事务读取了另一个并行未提交事务写入的数据。

  • 不可重复读

    一个事务重新读取之前读取过的数据,发现该数据已经被另一个事务(在初始读之后提交)修改。

  • 幻读

    一个事务重新执行一个返回符合一个搜索条件的行集合的查询, 发现满足条件的行集合因为另一个最近提交的事务而发生了改变。

  • 序列化异常

    成功提交一组事务的结果与这些事务所有可能的串行执行结果都不一致。

SQL 标准和 PostgreSQL 实现的事务隔离级别在 表 13.1中描述。

表 13.1. 事务隔离级别

隔离级别脏读不可重复读幻读序列化异常
读未提交允许,但不在 PG 中可能可能可能
读已提交不可能可能可能可能
可重复读不可能不可能允许,但不在 PG 中可能
可序列化不可能不可能不可能不可能

在PostgreSQL中,你可以请求四种标准事务隔离级别中的任意一种,但是内部只实现了三种不同的隔离级别,即 PostgreSQL 的读未提交模式的行为和读已提交相同。这是因为把标准隔离级别映射到 PostgreSQL 的多版本并发控制架构的唯一合理的方法。

该表格也显示 PostgreSQL 的可重复读实现不允许幻读。而 SQL 标准允许更严格的行为:四种隔离级别只定义了哪种现像不能发生,但是没有定义哪种现像必须\发生。可用的隔离级别的行为在下面的小节中详细描述。

要设置一个事务的事务隔离级别,使用SET TRANSACTION命令。

重要

某些PostgreSQL数据类型和函数关于事务的行为有特殊的规则。特别是,对一个序列的修改(以及用serial声明的一列的计数器)是立刻对所有其他事务可见的,并且在作出该修改的事务中断时也不会被回滚。见第 9.17 节第 8.1.4 节

读已提交隔离级别

读已提交是PostgreSQL中的默认隔离级别。 当一个事务运行使用这个隔离级别时, 一个查询(没有FOR UPDATE/SHARE子句)只能看到查询开始之前已经被提交的数据, 而无法看到未提交的数据或在查询执行期间其它事务提交的数据。实际上,SELECT查询看到的是一个在查询开始运行的瞬间该数据库的一个快照。不过SELECT可以看见在它自身事务中之前执行的更新的效果,即使它们还没有被提交。还要注意的是,即使在同一个事务里两个相邻的SELECT命令可能看到不同的数据, 因为其它事务可能会在第一个SELECT开始和第二个SELECT开始之间提交。

UPDATEDELETESELECT FOR UPDATESELECT FOR SHARE命令在搜索目标行时的行为和SELECT一样: 它们将只找到在命令开始时已经被提交的行。 不过,在被找到时,这样的目标行可能已经被其它并发事务更新(或删除或锁住)。在这种情况下, 即将进行的更新将等待第一个更新事务提交或者回滚(如果它还在进行中)。 如果第一个更新事务回滚,那么它的作用将被忽略并且第二个事务可以继续更新最初发现的行。 如果第一个更新事务提交,若该行被第一个更新者删除,则第二个更新事务将忽略该行,否则第二个更新者将试图在该行的已被更新的版本上应用它的操作。该命令的搜索条件(WHERE子句)将被重新计算来看该行被更新的版本是否仍然符合搜索条件。如果符合,则第二个更新者使用该行的已更新版本继续其操作。在SELECT FOR UPDATESELECT FOR SHARE的情况下,这意味着把该行的已更新版本锁住并返回给客户端。

带有ON CONFLICT DO UPDATE子句的 INSERT行为类似。在读已提交模式,要插入的 每一行将被插入或者更新。除非有不相干的错误出现,这两种结果之一是肯定 会出现的。如果在另一个事务中发生冲突,并且其效果对于INSERT 还不可见,则UPDATE子句将会 影响那个行,即便那一行对于该命令来说没有\惯常的可见版本。

带有ON CONFLICT DO NOTHING子句的 INSERT有可能因为另一个效果对 INSERT快照不可见的事务的结果无法让插入进行 下去。再一次,这只是读已提交模式中的情况。

因为上面的规则,正在更新的命令可能会看到一个不一致的快照: 它们可以看到并发更新命令在它尝试更新的相同行上的作用,但是却看不到那些命令对数据库里其它行的作用。 这样的行为令读已提交模式不适合用于涉及复杂搜索条件的命令。不过,它对于更简单的情况是正确的。 例如,考虑用这样的命令更新银行余额:

如果两个这样的事务同时尝试修改帐号 12345 的余额,那我们很明显希望第二个事务从账户行的已更新版本上开始工作。 因为每个命令只影响一个已经决定了的行,让它看到行的已更新版本不会导致任何麻烦的不一致性。

在读已提交模式中,更复杂的使用可能产生不符合需要的结果。例如: 考虑一个在数据上操作的DELETE命令,它操作的数据正被另一个命令从它的限制条件中移除或者加入,例如,假定website是一个两行的表,两行的website.hits等于910

即便在UPDATE之前有一个website.hits = 10的行,DELETE将不会产生效果。这是因为更新之前的行值9被跳过,并且当UPDATE完成并且DELETE获得一个锁,新行值不再是10而是11,这再也不匹配条件了。

因为在读已提交模式中,每个命令都是从一个新的快照开始的,而这个快照包含在该时刻已提交的事务, 因此同一事务中的后续命令将看到任何已提交的并行事务的效果。以上的焦点在于单个\命令是否看到数据库的绝对一致的视图。

读已提交模式提供的部分事务隔离对于许多应用而言是足够的,并且这个模式速度快并且使用简单。 不过,它不是对于所有情况都够用。做复杂查询和更新的应用可能需要比读已提交模式提供的更严格一致的数据库视图。

可重复读隔离级别

可重复读隔离级别只看到在事务开始之前被提交的数据;它从来看不到未提交的数据或者并行事务在本事务执行期间提交的修改(不过,查询能够看见在它的事务中之前执行的更新,即使它们还没有被提交)。这是比SQL标准对此隔离级别所要求的更强的保证,并且阻止表 13.1中描述的除了序列化异常之外的所有现象。如上面所提到的,这是标准特别允许的,标准只描述了每种隔离级别必须提供的最小\保护。

这个级别与读已提交不同之处在于,一个可重复读事务中的查询可以看见在事务\中第一个非事务控制语句开始时的一个快照,而不是事务中当前语句开始时的快照。因此,在一个单一\事务中的后续SELECT命令看到的是相同的数据,即它们看不到其他事务在本事务启动后提交的修改。

使用这个级别的应用必须准备好由于序列化失败而重试事务。

UPDATEDELETESELECT FOR UPDATESELECT FOR SHARE命令在搜索目标行时的行为和SELECT一样: 它们将只找到在事务开始时已经被提交的行。 不过,在被找到时,这样的目标行可能已经被其它并发事务更新(或删除或锁住)。在这种情况下, 可重复读事务将等待第一个更新事务提交或者回滚(如果它还在进行中)。 如果第一个更新事务回滚,那么它的作用将被忽略并且可重复读事务可以继续更新最初发现的行。 但是如果第一个更新事务提交(并且实际更新或删除该行,而不是只锁住它),则可重复读事务将回滚并带有如下消息

因为一个可重复读事务无法修改或者锁住被其他在可重复读事务开始之后的事务改变的行。

当一个应用接收到这个错误消息,它应该中断当前事务并且从开头重试整个事务。在第二次执行中,该事务将见到作为其初始数据库视图一部分的之前提交的改变,这样在使用行的新版本作为新事务更新的起点时就不会有逻辑冲突。

注意只有更新事务可能需要被重试;只读事务将永远不会有序列化冲突。

可重复读模式提供了一种严格的保证,在其中每一个事务看到数据库的一个完全稳定的视图。不过,这个视图并不需要总是和同一级别上并发事务的某些序列化(一次一个)执行保持一致。例如,即使这个级别上的一个只读事务可能看到一个控制记录被更新,这显示一个批处理已经被完成但是不能\看见作为该批处理的逻辑组成部分的一个细节记录,因为它读取空值记录的一个较早的版本。如果不小心地使用显式锁来阻塞冲突事务,尝试用运行在这个隔离级别的事务来强制业务规则不太可能正确地工作。

可重复读隔离级别是使用学术数据库文献和一些其他数据库产品中称为Snapshot Isolation的已知的技术来实现的。 与使用传统锁技术并降低并发性的系统相比,可以观察到行为和性能方面的差异。 一些其他系统甚至可以提供可重复读取和快照隔离作为具有不同行为的不同隔离级别。 直到SQL标准开发出来之后,数据库研究人员才正式确定区分这两种技术的允许现象,并且超出了本手册的范围。全面的阐述,请参阅[berenson95]

注意

在PostgreSQL版本 9.1 之前,一个对于可序列化事务隔离级别的请求会提供和这里描述的完全一样的行为。为了保持可序列化行为,现在应该请求可重复读。

可序列化隔离级别

可序列化隔离级别提供了最严格的事务隔离。这个级别为所有已提交事务模拟序列事务执行;就好像事务被按照序列一个接着另一个被执行,而不是并行地被执行。但是,和可重复读级别相似,使用这个级别的应用必须准备好因为序列化失败而重试事务。事实上,这个隔离级别完全像可重复读一样地工作,除了它会监视一些条件,这些条件可能导致一个可序列化事务的并发集合的执行产生的行为与这些事务所有可能的序列化(一次一个)执行不一致。这种监控不会引入超出可重复读之外的阻塞,但是监控会产生一些负荷,并且对那些可能导致序列化异常的条件的检测将触发一次序列化失败

例如,考虑一个表mytab,它初始时包含:

假设可序列化事务 A 计算:

并且接着把结果(3)作为一个新行的value插入,新行的class = 2。同时,可序列化事务 B 计算:

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