PostgreSQL事务基础理解

PostgreSQL事务

事务是数据库管理系统执行过程中的一个逻辑单位，由一个有限的数据库操作序列构成。数据库事务通常包含一个序列对数据库的读和写操作，主要是包含以下两个目的：

  • 为数据库操作序列提供一个从失败中恢复到正常状态的方法，同时提供了数据库即使在异常状态下保持数据一致性的方法。
  • 多个应用程序并发访问数据库时，可以在这些应用程序之间提供一个隔离方法，保证彼此之间操作的操作互不影响。

当事务提交给数据库管理系统，则数据库管理系统需要确保该事务中的所有操作都成功，并且操作会结果被永久保存在数据库中；如果事务中有部分操作失败，则事务中的所有操作都需要回滚，回到事务执行前的状态；同时，该事务对数据库或者其他事务互不影响，所有的事务都是独立运行。

1、事务的属性

  • 原子性：一个事务中的所有操作要么全部完成，要么一个都不做，不会在中间某个环节结束。
  • 一致性：事务应确保数据库的状态从一个一致状态转变为另一个一致状态，事务执行结束后数据库的完整性没有破坏。
  • 隔离性：数据库允许多个并发事物对数据库中的数据进行读写操作，隔离性可以防止多个事务并发执行时导致的数据不一致性。事务根据隔离等级可以分为4级：读未提交、读已提交、可重复度和串行化。
  • 持久性：事务执行完成后，对数据的修改是永久的

3、事务的使用

在psql中默认开启自动提交事务的功能，每提交一条SQL语句，都会被自动提交。可以通过设置AUTOCOMMIT参数来关闭自动提交功能。

postgres=# \dt		# 当前存在一张test表
        List of relations
 Schema | Name | Type  |  Owner   
--------+------+-------+----------
 public | test | table | postgres
(1 row)

postgres=# \set AUTOCOMMIT off		# 设置AUTOCOMMIT参数关闭
postgres=# \echo :AUTOCOMMIT
off
postgres=# drop table test;		# 删除test表
DROP TABLE
postgres=*# \dt		# 查看是否存在表
Did not find any relations.
postgres=*# rollback ;		# 手动回滚事务
ROLLBACK
postgres=# \dt		# test表恢复到初始状态
        List of relations
 Schema | Name | Type  |  Owner   
--------+------+-------+----------
 public | test | table | postgres
(1 row)
postgres=#

此外还可以通过begin关键字开启事务，通过commit提交事务，还可以通过rollback进行回滚。

这里引入两个关键字begin和start transaction，两者作用是一样的，但是在使用过程中begin可能会成为关键字的时候，采用start transaction可以避免这种情况发生。

postgres=# begin;	# 启动一个事务
BEGIN
postgres=*# insert into test values(1,now());	# 插入一条数据
INSERT 0 1
postgres=*# select count(*) from test;	# 查询数据条目
 count 
-------
   201
(1 row)

postgres=*# rollback ;		# 进行事务回滚
ROLLBACK
postgres=# select count(*) from test;	# 查询数据条目
 count 
-------
   200
(1 row)

PostgreSQL支持保存点的功能，在一个大的事务中，可以把操作过程分为几个部分，每个部分执行成功后可以建一个保存点，若后边的部分执行失败，则会回滚到次保存点，无需回滚整个事务。

postgres=# select * from test;		# 初始表数据条数为空
 id 
----
(0 rows)

postgres=# begin ;		# 开启事务
BEGIN
postgres=*# insert into test values(1);		# 插入一条数据
INSERT 0 1
postgres=*# savepoint test_point_1;		# 建立一个保存点test_point_1
SAVEPOINT
postgres=*# insert into test values(2);
INSERT 0 1
postgres=*# insert into test values(1);		# 由于唯一约束导致插入数据失败
2024-05-18 20:17:47.991 CST [3161] ERROR:  duplicate key value violates unique constraint "test_pkey"
2024-05-18 20:17:47.991 CST [3161] DETAIL:  Key (id)=(1) already exists.
2024-05-18 20:17:47.991 CST [3161] STATEMENT:  insert into test values(1);
ERROR:  duplicate key value violates unique constraint "test_pkey"
DETAIL:  Key (id)=(1) already exists.
postgres=!# rollback to savepoint test_point_1;		# 将事务回滚到test_point_1
ROLLBACK
postgres=*# commit ;
COMMIT
postgres=# select * from test;		# 此时回滚到保存点test_point_1处，数据条目为一条
 id 
----
  1
(1 row)

4、事务的隔离级别

隔离级别描述
读未提交允许事务读取其他事务没有提交的数据，脏读、不可重复读和幻读都会出现
读已提交只允许事务读取其他事务已经提交的数据，可以避免脏读，但是不可重复读和幻读都会出现
可重复读可以保证从一个字段中读取相同的数据，可以任务事务开启时会自动对现有数据进行快照，其他事务修改不管是否提交，当前事务读取的时候快照数据，可以避免脏读和不可重复读，但是幻读问题会出现。
串行化确保事务是串行执行，可以避免所有的并发问题，但是并发效率低，一般不推荐使用

读已提交是PostgreSQL中默认隔离级别。当一个事务处于这个隔离级别是，查询语句只能看到查询开始之前已经提交的数据，无法看到未提交或者查询执行期间其他事务已提交的数据。不过select可以查询自身所在事务中前面尚未提交的操作结果，实际上，select查询看到的时在查询开始运行瞬间的一个快照。

postgres=# begin;
BEGIN
postgres=*# insert into test values(2);
INSERT 0 1
postgres=*# select * from test;  # 查询到当前事务未提交的数据
 id 
----
  1
  2
(2 rows)

postgres=*# rollback ;
ROLLBACK

5、两阶段提交

PostgreSQl数据库支持两阶段提交协议。在分布式系统中，事务包含多台数据库操作，虽然单台数据库可以保证原子性，但是多台数据库之间需要通过两阶段提交来实现。二阶段提交，通过引入一个事务的协调者来管理各个数据库事务的提交和回滚，就是将事务提交分为准备和提交阶段。
具体流程如下：

  • 准备阶段：协调者会给各个参与者发送准备命令。等待所有资源响应之后进入第二阶段。
  • 提交阶段：若第一阶段所有参与者都返回准备成功后， 协调者再次向所有参与者发送提交事务的命令，然后等待所有事务都提交成功后，返回事务执行成功。

在这里插入图片描述

postgres=# select * from test;		# 查询当前表数据条目
 id 
----
  1
  2
(2 rows)

postgres=# begin;	# 开启事务
BEGIN
postgres=*# insert into test values(3);		# 插入数据
INSERT 0 1
postgres=*# prepare transaction 'test_transaction';		# 使用prepare transaction提交事务(第一阶段)
PREPARE TRANSACTION
postgres=# select * from test;		# 查询当前表数据条目
 id 
----
  1
  2
(2 rows)

postgres=# \q
[postgres@pg14 pgdata]$ pg_ctl -D /opt/pgdata restart	# 重启数据库
waiting for server to shut down....2024-05-18 21:03:12.231 CST [4000] LOG:  received fast shutdown request
2024-05-18 21:03:12.234 CST [4000] LOG:  aborting any active transactions
2024-05-18 21:03:12.236 CST [4000] LOG:  background worker "logical replication launcher" (PID 4008) exited with exit code 1
2024-05-18 21:03:12.237 CST [4002] LOG:  shutting down
2024-05-18 21:03:12.791 CST [4000] LOG:  database system is shut down
 done
server stopped
waiting for server to start....2024-05-18 21:03:12.867 CST [4026] LOG:  starting PostgreSQL 14.6 on x86_64-pc-linux-gnu, compiled by gcc (GCC) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44), 64-bit
2024-05-18 21:03:12.868 CST [4026] LOG:  listening on IPv6 address "::1", port 5432
2024-05-18 21:03:12.868 CST [4026] LOG:  listening on IPv4 address "127.0.0.1", port 5432
2024-05-18 21:03:12.873 CST [4026] LOG:  listening on Unix socket "/tmp/.s.PGSQL.5432"
2024-05-18 21:03:12.884 CST [4027] LOG:  database system was shut down at 2024-05-18 21:03:12 CST
2024-05-18 21:03:12.888 CST [4027] LOG:  recovering prepared transaction 869 from shared memory
2024-05-18 21:03:12.893 CST [4026] LOG:  database system is ready to accept connections
 done
server started
[postgres@pg14 pgdata]$ psql
psql (14.6)
Type "help" for help.

postgres=# select * from test;		# 查询当前表数据条目
 id 
----
  1
  2
(2 rows)

postgres=# commit prepared 'test_transaction';	# 提交二阶段事务
COMMIT PREPARED
postgres=# select * from test;		# 查询当前表数据条目，事务被提交，可以查询到插入数据
 id 
----
  1
  2
  3
(3 rows)

test_transaction是作为两阶段提交中全局事务ID，由事务协调器生成，一旦执行一阶段提交事务，则会把事务持久化，即使数据库重启也不会影响事务的回滚。

两阶段提交是一种尽量保证强一致性的分布式事务，因此它是同步阻塞的，而同步阻塞就导致长久的资源锁定问题，总体而言效率低，并且存在单点故障问题，在极端条件下会存在数据不一致的风险。

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