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浅谈数据库事务隔离发展历史

事务隔离是数据库系统设计中根本的组成部分,本文主要从标准层面来讨论隔离级别的发展历史,首先明确隔离级别划分的目标;之后概述其否定之否定的发展历程;进而引出 Adya给出的比较合理的隔离级别定义,最终总结隔离标准一路走来的思路。

作者:用户1914612733来源:快资讯|2018-09-06 14:53

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事务隔离是数据库系统设计中根本的组成部分,本文主要从标准层面来讨论隔离级别的发展历史,首先明确隔离级别划分的目标;之后概述其否定之否定的发展历程;进而引出 Adya给出的比较合理的隔离级别定义,最终总结隔离标准一路走来的思路。

目标

事务隔离是事务并发产生的直接需求,最直观的、保证正确性的隔离方式,显然是让并发的事务依次执行,或是看起来像是依次执行。但在真实的场景中,有时并不需要如此高的正确性保证,因此希望牺牲一些正确性来提高整体性能。通过区别不同强度的隔离级别使得使用者可以在正确性和性能上自由权衡。随着数据库产品数量以及使用场景的膨胀,带来了各种隔离级别选择的混乱,数据库的众多设计者和使用者亟需一个对隔离级别划分的共识,这就是标准出现的意义。一个好的隔离级别定义有如下两个重要的目标:

正确:每个级别的定义,应该能够将所有损害该级别想要保证的正确性的情况排除在外。也就是说,只要实现满足某一隔离级别定义,就一定能获得对应的正确性保证。 实现无关:常见的并发控制的实现方式包括,锁、OCC以及多版本 。而一个好的标准不应该限制其实现方式。ANSI SQL标准(1992):基于异象

1992年ANSI首先尝试指定统一的隔离级别标准,其定义了不同级别的异象(phenomenas), 并依据能避免多少异象来划分隔离标准。异象包括:

脏读(Dirty Read): 读到了其他事务还未提交的数据;不可重复读(Non-Repeatable/Fuzzy Read):由于其他事务的修改或删除,对某数据的两次读取结果不同;幻读(Phantom Read):由于其他事务的修改,增加或删除,导致Range的结果失效(如where 条件查询)。通过阻止不同的异象发生,得到了四种不同级别的隔离标准:

ANSI SQL标准看起来是非常直观的划分方式,不想要什么就排除什么,并且做到了实现无关。然而,现实并不像想象美好。因为它并不正确。

A Critique of ANSI(1995):基于锁

几年后,微软的研究员们在A Critique of ANSI SQL Isolation Levels一文中对ANSI的标准进行了批判,指出其存在两个致命的问题:

1,不完整,缺少对Dirty Write的排除

ANSI SQL标准中所有的隔离级别都没有将Dirty Write这种异象排除在外,所谓Dirty Write指的是两个未提交的事务先后对同一个对象进行了修改。而Dirty Write之所以是一种异象,主要因为他会导致下面的一致性问题:

H0: w1[x] w2[x] w2[y] c2 w1[y] c1

这段历史中,假设有相关性约束x=y,T1尝试将二者都修改为1,T2尝试将二者都修改为2,顺序执行的结果应该是二者都为1或者都为2,但由于Dirty Write的发生,最终结果变为x=2,y=1,不一致。

2,歧义

ANSI SQL的英文表述有歧义。以Phantom为例,如下图历史H3:

H3:r1[P] w2[insert y to P] r2[z] w2[z] c2 r1[z] c1

假设T1根据条件P查询所有的雇员列表,之后T2增加了一个雇员并增加了雇员人数值z,之后T1读取雇员人数z,最终T1的列表中的人数比z少,不一致。但T1并没有在T2修改链表后再使用P中的值,是否就不属于ANSI中对Phantom的定义了呢?这也导致了对ANSI的表述可能有严格和宽松两种解读。对于Read Dirty和Non-Repeatable/Fuzzy Read也有同样的问题。

那么,如何解决上述两个问题呢?Critique of ANSI的答案是:宁可错杀三千,不可放过一个,即给ANSI标准中的异象最严格的定义。Critique of ANSI改造了异象的定义:

P0: w1[x]…w2[x]…(c1 or a1) (Dirty Write)

P1: w1[x]…r2[x]…(c1 or a1) (Dirty Read)

P2: r1[x]…w2[x]…(c1 or a1) (Fuzzy or Non-Repeatable Read)

P3: r1[P]…w2[y in P]…(c1 or a1) (Phantom)

此时定义已经很严格了,直接阻止了对应的读写组合顺序。仔细可以看出,此时得到的其实就是基于锁的定义:

Read Uncommitted,阻止P0:整个事务阶段对x加长写锁Read Commited,阻止P0,P1:短读锁 + 长写锁Repeatable Read,阻止P0,P1,P2:长读锁 + 短谓词锁 + 长写锁Serializable,阻止P0,P1,P2,P3:长读锁 + 长谓词锁 + 长写锁问题本质

可以看出,