技术面试宝典：深入理解数据库事务(Transaction)
项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/te/tech-interview-for-developer 什么是数据库事务？
数据库事务是指作为单个逻辑工作单元执行的一系列操作的集合。简单来说，事务就是将多个数据库操作打包成一个不可分割的工作单元，这些操作要么全部成功执行，要么全部不执行。
事务的典型示例：银行转账
想象一个银行转账场景：用户A向用户B转账1万元。这个过程实际上包含两个关键操作：
- 从用户A账户扣除1万元（UPDATE操作）
- 向用户B账户增加1万元（UPDATE操作）
这两个操作必须作为一个整体来执行。如果其中一个操作失败，整个转账过程就应该被撤销，否则会导致数据不一致（比如只扣款不存款）。
事务的四大特性（ACID）
1. 原子性(Atomicity)
原子性确保事务中的所有操作要么全部完成，要么全部不执行。就像原子是不可分割的最小单位一样，事务中的操作也不可分割。
实现机制：通过日志记录和回滚(Undo)机制实现。如果事务中途失败，系统会利用日志将数据库恢复到事务开始前的状态。
2. 一致性(Consistency)
一致性保证事务执行前后，数据库从一个一致状态转变为另一个一致状态。这里的"一致"指的是数据库的完整性约束不被破坏。
示例：在转账事务中，转账前后两个账户的总金额应该保持不变。
3. 隔离性(Isolation)
隔离性确保并发执行的事务不会相互干扰，每个事务都感觉不到其他事务在同时执行。
实现机制：通过锁机制或多版本并发控制(MVCC)实现。
4. 持久性(Durability)
持久性保证一旦事务提交，其所做的修改就会永久保存在数据库中，即使系统发生故障也不会丢失。
实现机制：通过预写式日志(WAL)和重做(Redo)机制实现。
事务的关键操作
提交(Commit)
当事务中的所有操作都成功执行后，使用Commit命令将修改永久保存到数据库中。Commit后，事务的修改对其他事务可见。
回滚(Rollback)
当事务执行过程中遇到错误或异常时，使用Rollback命令撤销事务中已执行的所有操作，将数据库恢复到事务开始前的状态。
事务管理的底层机制
1. DBMS的基本架构
数据库管理系统(DBMS)主要由两部分组成：
- 查询处理器(Query Processor)：负责解析、优化和执行SQL语句
- 存储系统(Storage System)：负责数据在磁盘和内存中的存储管理
数据以固定大小的页(Page)为单位在磁盘和内存之间传输。
2. 缓冲区管理策略
缓冲区管理器(Buffer Manager)负责管理内存中的数据页，其策略直接影响事务的恢复机制：
UNDO恢复
当修改过的数据页因缓冲区替换算法被写入磁盘，而相关事务尚未提交时，如果事务失败，就需要UNDO操作将这些修改回滚。
两种策略：
- Steal策略：允许未提交事务修改的页面写入磁盘（大多数DBMS采用）
- ¬Steal策略：事务结束前不允许修改的页面写入磁盘（需要大量内存）
REDO恢复
对于已提交但修改尚未写入磁盘的事务，需要REDO操作重新执行这些修改。
两种策略：
- Force策略：事务提交时强制将所有修改写入磁盘（不需要REDO）
- ¬Force策略：事务提交时不强制写入磁盘（大多数DBMS采用，需要REDO）
事务隔离级别
在实际应用中，完全隔离事务会影响并发性能，因此DBMS通常提供多种隔离级别：
- 读未提交(Read Uncommitted)：最低级别，可能读到未提交的数据（脏读）
- 读已提交(Read Committed)：只能读到已提交的数据（避免脏读）
- 可重复读(Repeatable Read)：同一事务内多次读取结果一致（避免不可重复读）
- 串行化(Serializable)：最高级别，完全隔离（避免幻读）
不同数据库默认的隔离级别不同，开发者需要根据应用场景选择合适的级别。
总结
理解数据库事务对于开发可靠的数据驱动应用至关重要。事务的ACID特性确保了数据操作的可靠性和一致性，而不同的隔离级别和恢复策略则提供了性能与一致性的平衡选择。在实际开发中，合理设计事务边界和选择合适的隔离级别，可以显著提高应用的性能和可靠性。
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
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