数据库的四个要素ACID

新注册公众号2019-02-14 09:30:45

ACID,指数据库事务正确执行的四个基本要素的缩写。包含:原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)、持久性(Durability)。一个支持事务(Transaction)的数据库,必须要具有这四种特性,否则在事务过程(Transaction processing)当中无法保证数据的正确性,交易过程极可能达不到交易方的要求。


我们今天详细讲讲这四个要素,并且举几个例子来方便大家理解


1)原子性

整个事务中的所有操作,要么全部完成,要么全部不完成,不可能停滞在中间某个环节。事务在执行过程中发生错误,会被回滚(Rollback)到事务开始前的状态。


举个例子,如果我要一次性往数据库里插100条记录,当我插入到第90条了,这个时候报错了,假设因为第90条数据格式不对,那么之前所有操作都会回滚,前面已经插入了的89条记录都会被删除,就像这个事务从来没有执行过一样。


2)一致性

一个事务可以封装状态改变(除非它是一个只读的)。事务必须始终保持系统处于一致的状态,不管在任何给定的时间并发事务有多少。

也就是说:如果事务是并发多个,系统也必须如同串行事务一样操作。其主要特征是保护性和不变性(Preserving an Invariant)。


举个例子:两个人同时操作一张表,其中一个人要查一个数,查询到这个数要5秒。另一个人刚好在第2秒的时候改了这个数,那么第一个人查到的数,是5秒前的,还是5秒后的呢。答案是,五秒前的,也就是当查询指令发出去的那一瞬间,这个数是多少,就是多少。这就是数据库的读一致性。


3)隔离性

隔离状态执行事务,使它们好像是系统在给定时间内执行的唯一操作。如果有两个事务,运行在相同的时间内,执行相同的功能,事务的隔离性将确保每一事务在系统中认为只有该事务在使用系统。这种属性有时称为串行化,为了防止事务操作间的混淆,必须串行化或序列化请求,使得在同一时间仅有一个请求用于同一数据。


这个隔离性很好理解,其实就和java对象锁一样,同时操作同一个数的时候,总有一个先后问题,一件事做完再做下一件事。也保证了线程安全。


4)持久性

在事务完成以后,该事务对数据库所作的更改便持久的保存在数据库之中,并不会被回滚。

由于一项操作通常会包含许多子操作,而这些子操作可能会因为硬件的损坏或其他因素产生问题,要正确实现ACID并不容易。ACID建议数据库将所有需要更新以及修改的资料一次操作完毕,但实际上并不可行。

目前主要有两种方式实现ACID:第一种是Write ahead logging,也就是日志式的方式(现代数据库均基于这种方式)。第二种是Shadow paging。

相对于WAL(write ahead logging)技术,shadow paging技术实现起来比较简单,消除了写日志记录的开销恢复的速度也快(不需要redo和undo)。shadow paging的缺点就是事务提交时要输出多个块,这使得提交的开销很大,而且以块为单位,很难应用到允许多个事务并发执行的情况——这是它致命的缺点。

WAL 的中心思想是对数据文件 的修改(它们是表和索引的载体)必须是只能发生在这些修改已经 记录了日志之后 -- 也就是说,在日志记录冲刷到永久存储器之后. 如果我们遵循这个过程,那么我们就不需要在每次事务提交的时候 都把数据页冲刷到磁盘,因为我们知道在出现崩溃的情况下, 我们可以用日志来恢复数据库:任何尚未附加到数据页的记录 都将先从日志记录中重做(这叫向前滚动恢复,也叫做 REDO) 然后那些未提交的事务做的修改将被从数据页中删除 (这叫向后滚动恢复 - UNDO)。



这段看起来很多,但你只要理解一个中心意思,那就是一旦事务提交成功,其对数据修改是持久性的。数据更新的结果已经从内存转存到外部存储器上,此后即使发生了系统故障,已提交事务所做的数据更新也不会丢失。


我们平时使用数据库时非常方便的,而且也不需要知道很多关于数据库底层的知识。但了解这些对我们以后理解数据存储过程很必要,而且几乎所有互联网公司面试都会考。


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