7. 事务

​ 一些作者声称，支持通用的两阶段提交代价太大，会带来性能与可用性的问题。让程序员来处理过度使用事务导致的性能问题，总比缺少事务编程好得多。

​ ——James Corbett等人，Spanner：Google的全球分布式数据库（2012）

在数据系统的残酷现实中，很多事情都可能出错：

• 数据库软件、硬件可能在任意时刻发生故障（包括写操作进行到一半时）。
• 应用程序可能在任意时刻崩溃（包括一系列操作的中间）。
• 网络中断可能会意外切断数据库与应用的连接，或数据库之间的连接。
• 多个客户端可能会同时写入数据库，覆盖彼此的更改。
• 客户端可能读取到无意义的数据，因为数据只更新了一部分。
• 客户之间的竞争条件可能导致令人惊讶的错误。

为了实现可靠性，系统必须处理这些故障，确保它们不会导致整个系统的灾难性故障。但是实现容错机制工作量巨大。需要仔细考虑所有可能出错的事情，并进行大量的测试，以确保解决方案真正管用。

​ 数十年来，事务（transaction） 一直是简化这些问题的首选机制。事务是应用程序将多个读写操作组合成一个逻辑单元的一种方式。从概念上讲，事务中的所有读写操作被视作单个操作来执行：整个事务要么成功（提交（commit））要么失败（中止（abort），回滚（rollback））。如果失败，应用程序可以安全地重试。对于事务来说，应用程序的错误处理变得简单多了，因为它不用再担心部分失败的情况了，即某些操作成功，某些失败（无论出于何种原因）。

​ 和事务打交道时间长了，你可能会觉得它显而易见。但我们不应将其视为理所当然。事务不自然法；它们是为了简化应用编程模型而创建的。通过使用事务，应用程序可以自由地忽略某些潜在的错误情况和并发问题，因为数据库会替应用处理好这些。（我们称之为安全保证（safety guarantees））。

​ 并不是所有的应用都需要事务，有时候弱化事务保证、或完全放弃事务也是有好处的（例如，为了获得更高性能或更高可用性）。一些安全属性也可以在没有事务的情况下实现。

​ 怎样知道你是否需要事务？为了回答这个问题，首先需要确切理解事务可以提供的安全保障，以及它们的代价。尽管乍看事务似乎很简单，但实际上有许多微妙但重要的细节在起作用。

​ 本章将研究许多出错案例，并探索数据库用于防范这些问题的算法。尤其会深入并发控制的领域，讨论各种可能发生的竞争条件，以及数据库如何实现读已提交，快照隔离和可串行化等隔离级别。

​ 本章同时适用于单机数据库与分布式数据库；在第8章中将重点讨论仅出现在分布式系统中的特殊挑战。