談談數據庫的ACID
帥宏軍
一.事務
定義：所謂事務，它是一個操作序列，這些操作要么都執行，要么都不執行，它是一個不可分割的工作單位。
准備工作：為了說明事務的ACID原理，我們使用銀行賬戶及資金管理的案例進行分析。
// 創建數據庫
create table account(
idint primary key not null,
namevarchar(40),
moneydouble
);
// 有兩個人開戶並存錢
insert into account values(1,'A',1000);
insert into account values(2,'B',1000);
二.ACID
ACID，是指在可靠數據庫管理系統（DBMS）中，事務(transaction)所應該具有的四個特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability）.這是可靠數據庫所應具備的幾個特性.下面針對這幾個特性進行逐個講解.
三.原子性
原子性是指事務是一個不可再分割的工作單位，事務中的操作要么都發生，要么都不發生。
1.案例
A給B轉帳100元錢
2.分析
在事務中的扣款和加款兩條語句，要么都執行，要么就都不執行。否則如果只執行了扣款語句，就提交了，此時如果突然斷電，A賬號已經發生了扣款，B賬號卻沒收到加款，在生活中就會引起糾紛。
3.解決方法
在數據庫管理系統（DBMS）中，默認情況下一條SQL就是一個單獨事務，事務是自動提交的。只有顯式的使用start transaction開啟一個事務，才能將一個代碼塊放在事務中執行。保障事務的原子性是數據庫管理系統的責任，為此許多數據源采用日志機制。例如，SQL Server使用一個預寫事務日志，在將數據提交到實際數據頁面前，先寫在事務日志上。
四.一致性
一致性是指在事務開始之前和事務結束以后，數據庫的完整性約束沒有被破壞。這是說數據庫事務不能破壞關系數據的完整性以及業務邏輯上的一致性。
1.案例
對銀行轉帳事務，不管事務成功還是失敗，應該保證事務結束后ACCOUNT表中aaa和bbb的存款總額為2000元。
2.解決方法
保障事務的一致性，可以從以下兩個層面入手
2.1數據庫機制層面
數據庫層面的一致性是，在一個事務執行之前和之后，數據會符合你設置的約束（唯一約束，外鍵約束,Check約束等)和觸發器設置。這一點是由SQL SERVER進行保證的。比如轉賬，則可以使用CHECK約束兩個賬戶之和等於2000來達到一致性目的
2.2業務層面
對於業務層面來說，一致性是保持業務的一致性。這個業務一致性需要由開發人員進行保證。當然，很多業務方面的一致性，也可以通過轉移到數據庫機制層面進行保證。
五.隔離性
多個事務並發訪問時，事務之間是隔離的，一個事務不應該影響其它事務運行效果。
這指的是在並發環境中，當不同的事務同時操縱相同的數據時，每個事務都有各自的完整數據空間。由並發事務所做的修改必須與任何其他並發事務所做的修改隔離。事務查看數據更新時，數據所處的狀態要么是另一事務修改它之前的狀態，要么是另一事務修改它之后的狀態，事務不會查看到中間狀態的數據。
在Windows中，如果多個進程對同一個文件進行修改是不允許的，Windows通過這種方式來保證不同進程的隔離性:
企業開發中，事務最復雜問題都是由事務隔離性引起的。當多個事務並發時，SQL Server利用加鎖和阻塞來保證事務之間不同等級的隔離性。一般情況下，完全的隔離性是不現實的，完全的隔離性要求數據庫同一時間只執行一條事務，這樣會嚴重影響性能。想要理解SQL Server中對於隔離性的保障，首先要了解並發事務之間是如何干擾的.
1.事務之間的相互影響
事務之間的相互影響分為幾種，分別為：臟讀，不可重復讀，幻讀，丟失更新
1.1臟讀
臟讀意味着一個事務讀取了另一個事務未提交的數據，而這個數據是有可能回滾的；如下案例，此時如果事務1回滾，則B賬戶必將有損失。
1.2不可重復讀
不可重復讀意味着，在數據庫訪問中，一個事務范圍內兩個相同的查詢卻返回了不同數據。這是由於查詢時系統中其他事務修改的提交而引起的。如下案例，事務1必然會變得糊塗，不知道發生了什么。
1.3幻讀（虛讀）
幻讀，是指當事務不是獨立執行時發生的一種現象，例如第一個事務對一個表中的數據進行了修改，這種修改涉及到表中的全部數據行。同時，第二個事務也修改這個表中的數據，這種修改是向表中插入一行新數據。那么，以后就會發生操作第一個事務的用戶發現表中還有沒有修改的數據行，就好象發生了幻覺一樣.
1.4丟失更新
兩個事務同時讀取同一條記錄，A先修改記錄，B也修改記錄（B是不知道A修改過），B提交數據后B的修改結果覆蓋了A的修改結果。
2.理解SQL SERVER中的隔離級別
數據庫的事務隔離級別（TRANSACTION ISOLATION LEVEL）是一個數據庫上很基本的一個概念。為什么會有事務隔離級別，SQL Server上實現了哪些事務隔離級別？事務隔離級別的前提是一個多用戶、多進程、多線程的並發系統，在這個系統中為了保證數據的一致性和完整性，我們引入了事務隔離級別這個概念，對一個單用戶、單線程的應用來說則不存在這個問題。
為了避免上述幾種事務之間的影響，SQL Server通過設置不同的隔離級別來進行不同程度的避免。因為高的隔離等級意味着更多的鎖，從而犧牲性能。所以這個選項開放給了用戶根據具體的需求進行設置。不過默認的隔離級別Read Commited符合了多數的實際需求.
隔離級別
臟讀
丟失更新
不可重復讀
幻讀
並發模型
更新沖突檢測
SQL Server隔離事務之間的影響是通過鎖來實現的，通過阻塞來阻止上述影響。不同的隔離級別是通過加不同的鎖，造成阻塞來實現的，所以會以付出性能作為代價；安全級別越高，處理效率越低；安全級別越低，效率高。
使用方法：SET TRANSACTIONISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
未提交讀： 在讀數據時不會檢查或使用任何鎖。因此，在這種隔離級別中可能讀取到沒有提交的數據。
已提交讀：只讀取提交的數據並等待其他事務釋放排他鎖。讀數據的共享鎖在讀操作完成后立即釋放。已提交讀是SQL Server的默認隔離級別。
可重復讀： 像已提交讀級別那樣讀數據，但會保持共享鎖直到事務結束。
可串行讀：工作方式類似於可重復讀。但它不僅會鎖定受影響的數據，還會鎖定這個范圍。這就阻止了新數據插入查詢所涉及的范圍。
六.持久性
持久性，意味着在事務完成以后，該事務所對數據庫所作的更改便持久的保存在數據庫之中，並不會被回滾。
即使出現了任何事故比如斷電等，事務一旦提交，則持久化保存在數據庫中。
SQL SERVER通過write-ahead transaction log來保證持久性。write-ahead transaction log的意思是，事務中對數據庫的改變在寫入到數據庫之前，首先寫入到事務日志中。而事務日志是按照順序排號的（LSN）。當數據庫崩潰或者服務器斷點時，重啟動SQL SERVER，SQLSERVER首先會檢查日志順序號，將本應對數據庫做更改而未做的部分持久化到數據庫，從而保證了持久性。
七.總結
事務的（ACID）特性是由關系數據庫管理系統（RDBMS，數據庫系統）來實現的。數據庫管理系統采用日志來保證事務的原子性、一致性和持久性。日志記錄了事務對數據庫所做的更新，如果某個事務在執行過程中發生錯誤，就可以根據日志，撤銷事務對數據庫已做的更新，使數據庫退回到執行事務前的初始狀態。
數據庫管理系統采用鎖機制來實現事務的隔離性。當多個事務同時更新數據庫中相同的數據時，只允許持有鎖的事務能更新該數據，其他事務必須等待，直到前一個事務釋放了鎖，其他事務才有機會更新該數據。