了解和使用 PostgreSQL 中的交易

簡介

交易是一種機制，將多個陳述式封裝到單一操作中，供資料庫處理。資料庫不需個別輸入陳述式，而是能夠將指令群組解釋並作為一個協調的單元來執行。這有助於確保資料集在許多密切相關的陳述式過程中保持一致性。

在本指南中，我們將首先討論什麼是交易以及它們為何有益。之後，我們將看看 PostgreSQL 如何實作交易，以及使用交易時您擁有的各種選項。

什麼是交易？

交易是一種將多個陳述式組合和隔離在一起，作為單一操作處理的方式。在交易中，指令不是像發送到伺服器時那樣個別執行，而是捆綁在一起，並在與其他請求不同的上下文中執行。

隔離是交易的重要組成部分。在交易內部，執行的陳述式只能影響交易本身的環境。從交易內部來看，陳述式可以修改資料，並且結果會立即可見。從外部來看，在交易提交之前不會進行任何變更，此時交易內的所有動作會立即變得可見。

這些功能透過提供原子性（交易中的動作要么全部提交，要么全部回滾）和隔離性（在交易外部，在提交之前不會發生任何變更，而在內部，陳述式會產生後果），幫助資料庫實現 ACID 相容性。這些共同幫助資料庫維持一致性（透過保證不會發生部分資料轉換）。此外，在交易中的變更提交到非揮發性儲存裝置之前，不會回傳為成功，這提供了持久性。

為了實現這些目標，交易採用了許多不同的策略，不同的資料庫系統使用不同的方法。PostgreSQL 使用一種稱為多版本並行控制 (MVCC) 的系統，該系統允許資料庫使用資料快照執行這些動作，而無需不必要的鎖定。總之，這些系統構成了現代關聯式資料庫的基本建構區塊之一，使其能夠以抗崩潰的方式安全地處理複雜資料。

一致性失敗的類型

人們使用交易的一個原因是為了獲得關於資料一致性及其處理環境的某些保證。一致性可能會以許多不同的方式被破壞，這會影響資料庫嘗試防止它們的方式。

根據交易實作方式，主要有四種可能發生不一致的情況。您對這些情況可能發生的容忍度將影響您在應用程式中使用交易的方式。

交易隔離等級

交易並非「一體適用」的解決方案。不同的情境需要在效能和保護之間進行不同的權衡。幸運的是，PostgreSQL 允許您指定所需的交易隔離類型。

大多數資料庫系統提供的隔離等級包括以下幾種

定義交易

現在我們已經介紹了 PostgreSQL 可以在交易中使用的不同隔離等級，讓我們示範如何定義交易。

在 PostgreSQL 中，每個在明確標記的交易之外的陳述式實際上都在其自己的單一陳述式交易中執行。若要明確啟動交易區塊，您可以使用 BEGIN 或 START TRANSACTION 指令（它們是同義詞）。若要提交交易，請發出 COMMIT 指令。

因此，交易的基本語法如下所示

BEGIN;

statements

COMMIT;

作為更具體的範例，假設我們嘗試將 1000 美元從一個帳戶轉移到另一個帳戶。我們希望確保這筆錢始終在兩個帳戶之一中，但永遠不會同時在兩個帳戶中。

我們可以將共同封裝此轉帳的兩個陳述式包裝在如下所示的交易中

 BEGIN;

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

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

COMMIT;

在這裡，除非同時將 1000 美元放入 id = 2 的帳戶中，否則不會從 id = 1 的帳戶中取出 1000 美元。雖然這兩個陳述式在交易內部循序執行，但它們將被提交，因此將同時在基礎資料集上執行。

回滾交易

在交易中，所有陳述式或沒有任何陳述式將被提交到資料庫。放棄交易中進行的陳述式和修改，而不是將它們應用於資料庫，稱為「回滾」交易。

交易可以自動或手動回滾。如果交易中的一個陳述式導致錯誤，PostgreSQL 會自動回滾交易。如果選擇的隔離等級不允許序列化錯誤，它也會回滾交易。

若要手動回滾在目前交易期間給出的陳述式，您可以使用 ROLLBACK 指令。這將取消交易中的所有陳述式，本質上是將時間倒轉到交易開始時。

例如，假設我們使用與之前相同的銀行帳戶範例，如果我們在發出 UPDATE 陳述式後發現我們意外轉帳了錯誤的金額或使用了錯誤的帳戶，我們可以回滾變更而不是提交它們

   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;

一旦我們 ROLLBACK，1500 美元仍將在 id = 1 的帳戶中。

回滾時使用儲存點

預設情況下，ROLLBACK 指令將交易重設為首次呼叫 BEGIN 或 START TRANSACTION 指令時的狀態。但是，如果我們只想還原交易中的某些陳述式怎麼辦？

雖然您無法在發出 ROLLBACK 指令時指定要回滾到的任意位置，但您可以回滾到您在整個交易過程中設定的任何「儲存點」。您可以提前使用 SAVEPOINT 指令標記交易中的位置，然後在需要回滾時參考這些特定位置。

這些儲存點允許您建立中間回滾點。然後，您可以選擇還原您目前位置和儲存點之間進行的任何陳述式，然後繼續處理您的交易。

若要指定儲存點，請發出 SAVEPOINT 指令，後跟儲存點的名稱

SAVEPOINT save_1;

若要回滾到該儲存點，請使用 ROLLBACK TO 指令

ROLLBACK TO save_1;

讓我們繼續我們一直在使用的以帳戶為中心的範例

    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;

在這裡，我們能夠從我們犯的錯誤中恢復，而不會丟失我們到目前為止在交易中所做的所有工作。回滾後，我們使用正確的陳述式繼續按計劃進行交易。

設定交易的隔離等級

若要設定您希望交易使用的隔離等級，您可以將 ISOLATION LEVEL 子句新增至您的 START TRANSACTION 或 BEGIN 指令。基本語法如下所示

BEGIN ISOLATION LEVEL <isolation_level>;

statements

COMMIT;

<isolation_level> 可以是以下任何一種（在前面詳細說明過）

• READ UNCOMMITTED（由於此等級未在 PostgreSQL 中實作，因此將導致 READ COMMITTED）
• READ COMMITTED
• REPEATABLE READ
• SERIALIZABLE

SET TRANSACTION 指令也可以用於在交易啟動後設定隔離等級。但是，您只能在執行任何查詢或資料修改指令之前使用 SET TRANSACTION，因此它不允許提高靈活性。

鏈式交易

如果您有多個應該循序執行的交易，您可以選擇使用 COMMIT AND CHAIN 指令將它們鏈接在一起。

COMMIT AND CHAIN 指令透過提交其中的陳述式來完成目前的交易。在處理完提交後，它會立即開啟一個新交易。這允許您將另一組陳述式組合在一個交易中。

該陳述式的工作方式與您發出 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;

鏈式交易在功能方面沒有提供太多新功能，但它對於在自然邊界提交資料，同時繼續專注於相同類型的操作可能很有幫助。

結論

交易並非萬靈丹。各種隔離等級都有許多權衡，並且了解您需要保護哪些類型的一致性可能需要思考和規劃。對於長時間運行的交易尤其如此，在這種情況下，基礎資料可能會發生顯著變化，並且與其他並行交易發生衝突的可能性會增加。

話雖如此，交易機制提供了很大的彈性和效能。它在確保即使在執行相互關聯的並行操作時也能維持 ACID 保證方面大有幫助。了解何時以及如何正確使用交易來執行複雜、安全的操作非常寶貴。