Транзакция. Свойства транзакций. Способы завершения транзакций.

 

Механизм транзакций используется в СУБД для поддержания целостности в БД

Транзакцией называют неделимую с позиции воздействия на БД последовательность операций манипулирования данными. Транзакция может состоять из операций чтения, удаления, вставки, модификации данных. Транзакция обладает четырьмя основными свойствами:

¡ Атомарности

¡ Согласованности

¡ Изолированности (сериализуемости)

¡ Долговечности

Атомарность

Свойство атомарности означает, что транзакция должна выполняться как единая операция доступа к БД. Она должна быть выполнена полностью либо не выполнена совсем. Т.е. должны быть выполнены все операции манипулирования данными, которые входят в транзакцию, либо, если по каким-то причинам выполнение части операций невозможно, ни одна из операций не должна выполняться.

Согласованность

Свойство согласованности гарантирует взаимную целостность данных, т.е. выполнение ограничений целостности БД после окончания обработки транзакции. Следует отметить, что база данных может обладать такими ограничениями целостности, которые сложно не нарушить, выполняя только один оператор ее изменения.

Примеры ограничений целостности:

1. Возраст сотрудника не может быть < 18 и > 65 лет.

2. Каждый сотрудник имеет уникальный табельный номер.

3. Сотрудник обязан числиться в одном отделе

Изолированность

Современные СУБД являются многопользовательскими системами, т.е. допускают параллельную одновременную работу большого количества пользователей.

Транзакция разных пользователей не должны мешать друг другу, т.е. транзакции выполняются независимо друг от друга. Транзакции необходимо выполнить одновременно, но так, чтобы результат был бы такой же, как если бы транзакции выполнялись по очереди.

Принципы совместной обработки (сериализации) транзакций:

¡ Транзакция не может получить доступ к незафиксированным данным, т.е. к данным, в которых произведены изменения, но эти изменения еще не зафиксированы.

¡ Результат совместного выполнения транзакций должен быть эквивалентен результат)' их последовательного выполнения. Т.е., если две транзакции выполняются параллельно, то полагается, что результат будет такой же, как если бы сначала выполнялась первая, а затем вторая транзакция, или сначала вторая, а потом первая.

В современных СУБД сериализация транзакций реализуется через механизм блокировок. На время выполнения транзакции СУБД блокирует часть БД (отношение, строку или группу строк), к которой транзакция обращается. Блокировка сохраняется до момента фиксации транзакции

При выполнении транзакции современные СУБД могут блокировать всю БД, отношение, группу строк или отдельную строку.

Чем больше блокируемый элемент данных, тем медленнее СУБД обрабатывает транзакции — велико время ожидания снятия блокировок.

При работе в режиме оперативного доступа к БД, как правило, реализуется блокировка на уровне отдельных строк. В этом случае можно добиться максимальной производительности за счет того, что блокируемый объект — минимальная структурная единица БД.

Транзакции могут попасть в ситуацию взаимоблокировки

Для предотвращения взаимоблокировки СУБД периодически проверяет блокировки, установленные выполняющимися транзакциями. Если обнаруживается ситуация взаимоблокировки, то одна из транзакций, вызвавших эту ситуацию, прерывается. Это разрешает тупиковые ситуации. Программа, которая сгенерировала прерванную транзакцию, получает сообщение об ошибке.

Долговечность

Если транзакция выполнена, то результаты ее должны сохраняться в системе, даже если в следующий момент произойдет сбой системы.

Казалось бы, самый простой способ обеспечить такую гарантию - это во время каждой операции сразу записывать все изменения на дисковые носители.

Такой способ не является удовлетворительным, т.к. имеется существенное различие в скорости работы с оперативной и с внешней памятью. Единственный способ достичь приемлемой скорости работы состоит в буферизации страниц БД в оперативной памяти. Это означает, что данные попадают во внешнюю долговременную память не сразу после внесения изменений, а через некоторое (достаточно большое) время.

Возможны два варианта завершения транзакции. Если все операторы выполнены успешно и в процессе выполнения транзакции не произошло никаких сбоев программного или аппаратного обеспечения, транзакция фиксируется.

Фиксация транзакции — это действие, обеспечивающее запись в БД всех изменений, которые были произведены в процессе ее выполнения. До того как транзакция зафиксирована, возможна отмена всех сделанных изменений и возврат БД в то состояние, в котором она была до начала выполнения транзакции.

Если нормальное завершение транзакции невозможно, напр., нарушены ограничения целостности БД, или пользователь выдал специальную команду, происходит откат транзакции. БД возвращается в исходное состояние, все изменения аннулируются. Механизм корректного отката и фиксации транзакций основан на использовании журнала транзакций.

Если транзакция работает с БД, расположенной на одном узле, то ее называют локальной. Таким образом, логически распределенная транзакция состоит из нескольких локальных.

Локальные и глобальные транзакции

С точки зрения пользователя, локальные и глобальные транзакции обрабатываются одинаково, т.е. СУБД должна организовать процесс выполнения распределенной транзакции так, чтобы все локальные транзакции, входящие в нее, синхронно фиксировались на затрагиваемых ими узлах распределенной системы.

Однако распределенная транзакция должна фиксироваться только в случае, когда зафиксированы все локальные транзакции, ее составляющие. Если прерывается хотя бы одна из локальных транзакций, должна быть прервана и распределенная транзакция.