理解和使用 PostgreSQL 中的事务

简介

事务是一种机制，它将多个语句封装成一个单一操作，供数据库处理。数据库不是单独处理各个语句，而是能够将一组命令解释为一个有凝聚力的单元并对其进行操作。这有助于确保数据集在许多密切相关的语句过程中保持一致性。

在本指南中，我们将首先讨论什么是事务以及事务为何有益。之后，我们将了解 PostgreSQL 如何实现事务以及使用事务时的各种选项。

什么是事务？

事务是一种将多个语句组合和隔离在一起，作为一个单一操作进行处理的方式。在事务中，命令不是像发送到服务器那样单独执行每个命令，而是将命令捆绑在一起，并在与其他请求不同的上下文中执行。

隔离是事务的重要组成部分。在事务内部，执行的语句只能影响事务本身的环境。从事务内部来看，语句可以修改数据，结果立即可见。从外部来看，在事务提交之前，不会进行任何更改，届时事务内的所有操作将立即变得可见。

这些特性通过提供原子性（事务中的操作要么全部提交，要么全部回滚）和隔离性（在事务外部，在提交之前不会发生任何更改，而在事务内部，语句会产生影响），帮助数据库实现 ACID 合规性。这些共同帮助数据库维护一致性（通过保证不会发生部分数据转换）。此外，事务中的更改只有在提交到非易失性存储后才会返回成功，从而提供持久性。

为了实现这些目标，事务采用了许多不同的策略，不同的数据库系统使用不同的方法。PostgreSQL 使用一种名为多版本并发控制 (MVCC) 的系统，该系统允许数据库使用数据快照执行这些操作，而无需不必要的锁定。总而言之，这些系统构成了现代关系数据库的基本构建块之一，使其能够以抗崩溃的方式安全地处理复杂数据。

一致性失败的类型

人们使用事务的一个原因是获得关于数据一致性及其处理环境的某些保证。一致性可能以多种不同的方式被破坏，这影响了数据库尝试防止它们的方式。

根据事务的实现方式，不一致性可能主要以四种方式出现。您对这些场景可能发生的容忍度将影响您在应用程序中使用事务的方式。

事务隔离级别

事务不是“一刀切”的解决方案。不同的场景需要在性能和保护之间进行不同的权衡。幸运的是，PostgreSQL 允许您指定所需的事务隔离类型。

大多数数据库系统提供的隔离级别包括以下几种

定义事务

现在我们已经介绍了 PostgreSQL 可以在事务中使用的不同隔离级别，接下来我们将演示如何定义事务。

在 PostgreSQL 中，显式标记事务之外的每个语句实际上都在其自身的单语句事务中执行。要显式启动事务块，您可以使用 BEGIN 或 START TRANSACTION 命令（它们是同义词）。要提交事务，请发出 COMMIT 命令。

因此，事务的基本语法如下所示

BEGIN;

statements

COMMIT;

作为一个更具体的例子，假设我们尝试将 1000 美元从一个帐户转移到另一个帐户。我们希望确保这笔钱始终在两个帐户之一中，但绝不会同时在两个帐户中。

我们可以将共同封装此转移的两个语句包装在一个如下所示的事务中

 BEGIN;

UPDATE accounts
   SET balance = balance - 1000
 WHERE id = 1;

UPDATE accounts
   SET balance = balance + 1000
 WHERE id = 2;

COMMIT;

在这里，如果不将 1000 美元存入 id = 2 的帐户，则不会从 id = 1 的帐户中取出 1000 美元。虽然这两个语句在事务内部按顺序执行，但它们将被提交，因此将在底层数据集上同时执行。

回滚事务

在事务中，所有语句或没有任何语句将被提交到数据库。放弃事务中进行的语句和修改，而不是将它们应用于数据库，这被称为“回滚”事务。

事务可以自动或手动回滚。如果事务中的一个语句导致错误，PostgreSQL 会自动回滚事务。如果选择的隔离级别不允许序列化错误，它也会回滚事务。

要手动回滚在当前事务期间给出的语句，您可以使用 ROLLBACK 命令。这将取消事务内的所有语句，实际上是将时间倒回到事务开始时。

例如，假设我们使用与之前使用的相同的银行帐户示例，如果我们发出 UPDATE 语句后发现我们不小心转移了错误的金额或使用了错误的帐户，我们可以回滚更改而不是提交它们

   BEGIN;

  UPDATE accounts
     SET balance = balance - 1500
   WHERE id = 1;

  UPDATE accounts
     SET balance = balance + 1500
   WHERE id = 3;  -- Wrong account number here!  Must rollback

/* Gets us back to where we were before the transaction started */
ROLLBACK;

一旦我们 ROLLBACK，1500 美元仍将保留在 id = 1 的帐户中。

回滚时使用保存点

默认情况下，ROLLBACK 命令将事务重置到首次调用 BEGIN 或 START TRANSACTION 命令时的状态。但是，如果我们只想恢复事务中的某些语句怎么办？

虽然在发出 ROLLBACK 命令时无法指定要回滚到的任意位置，但您可以回滚到您在整个事务过程中设置的任何“保存点”。您可以使用 SAVEPOINT 命令提前标记事务中的位置，然后在需要回滚时引用这些特定位置。

这些保存点允许您创建中间回滚点。然后，您可以选择性地恢复当前位置和保存点之间所做的任何语句，然后继续处理您的事务。

要指定保存点，请发出 SAVEPOINT 命令，后跟保存点的名称

SAVEPOINT save_1;

要回滚到该保存点，请使用 ROLLBACK TO 命令

ROLLBACK TO save_1;

让我们继续使用我们一直在使用的以帐户为中心的示例

    BEGIN;

   UPDATE accounts
      SET balance = balance - 1500
    WHERE id = 1;

/* Set a save point that we can return to */
SAVEPOINT save_1;

   UPDATE accounts
      SET balance = balance + 1500
    WHERE id = 3;  -- Wrong account number here!  We can rollback to the save point though!

/* Gets us back to the state of the transaction at `save_1` */
 ROLLBACK TO save_1;

/* Continue the transaction with the correct account number */
   UPDATE accounts
      SET balance = balance + 1500
    WHERE id = 4;

   COMMIT;

在这里，我们能够从我们犯的错误中恢复过来，而不会丢失我们在事务中到目前为止所做的所有工作。回滚后，我们使用正确的语句按计划继续进行事务。

设置事务的隔离级别

要为您想要的事务设置隔离级别，您可以将 ISOLATION LEVEL 子句添加到您的 START TRANSACTION 或 BEGIN 命令中。基本语法如下所示

BEGIN ISOLATION LEVEL <isolation_level>;

statements

COMMIT;

<isolation_level> 可以是以下任何一种（前面详细描述过）

• READ UNCOMMITTED（将导致 READ COMMITTED，因为此级别未在 PostgreSQL 中实现）
• READ COMMITTED
• REPEATABLE READ
• SERIALIZABLE

SET TRANSACTION 命令也可用于在事务启动后设置隔离级别。但是，您只能在执行任何查询或数据修改命令之前使用 SET TRANSACTION，因此它不允许提高灵活性。

链式事务

如果您有多个应该按顺序执行的事务，您可以选择使用 COMMIT AND CHAIN 命令将它们链接在一起。

COMMIT AND CHAIN 命令通过提交其中的语句来完成当前事务。提交处理完毕后，它会立即打开一个新的事务。这允许您在事务中将另一组语句组合在一起。

该语句的工作方式与您发出 COMMIT; BEGIN 完全相同

    BEGIN;

   UPDATE accounts
      SET balance = balance - 1500
    WHERE id = 1;

   UPDATE accounts
      SET balance = balance + 1500
    WHERE id = 2;

/* Commit the data and start a new transaction that will take into account the committed from the last transaction */
   COMMIT AND CHAIN;

   UPDATE accounts
      SET balance = balance - 1000
    WHERE id = 2;

   UPDATE accounts
      SET balance = balance + 1000
    WHERE id = 3;

   COMMIT;

链式事务在功能方面没有提供太多新功能，但它有助于在自然边界提交数据，同时继续专注于相同类型的操作。

结论

事务不是万能的。各种隔离级别都有很多权衡，理解您需要保护哪种类型的一致性可能需要思考和计划。对于长时间运行的事务尤其如此，在这些事务中，底层数据可能会发生显着变化，并且与其他并发事务发生冲突的可能性会增加。

话虽如此，事务机制提供了很大的灵活性和强大功能。它在确保即使在执行相互关联的并发操作时也能保持 ACID 保证方面大有帮助。了解何时以及如何正确使用事务来执行复杂、安全的操作非常宝贵。