3.4. 交易安全

交易(Transaction),是所有資料庫的基礎概念。基本上來說,一個交易指的是,一系列的執行步驟包裹在一起,其結果只有全部成功或全部失敗兩種情況的操作行為。而其即時的執行狀態,對於其他同時在進行的交易而言,相互之間都是不可見的。如果在執行過程中產生了錯誤而造成整個交易無法完成,那麼所有的指令都不會對資料庫原來的內容產生影響。

舉例來說,某個銀行資料庫存放著各個客戶的存款資訊,也存放著分行的存款總額資訊。假設我們想要轉帳 $100.00,從 Alice 的帳號轉到 Bob 的帳戶。可以很直觀地依敘述,直接以下列指令執行:

UPDATE accounts SET balance = balance - 100.00
WHERE name = 'Alice';
UPDATE branches SET balance = balance - 100.00
WHERE name = (SELECT branch_name FROM accounts WHERE name = 'Alice');
UPDATE accounts SET balance = balance + 100.00
WHERE name = 'Bob';
UPDATE branches SET balance = balance + 100.00
WHERE name = (SELECT branch_name FROM accounts WHERE name = 'Bob');

這些指令的細節在這裡並不重要,重要的是,有好幾個更新資料的動作要被執行。我們銀行的營業員需要保證所有的更新資料都要完成,或是保持原樣。如果因為系統錯誤,而造成 Bob 收到 $100.00,但 Alice 卻沒有轉出金額,就不是應該發生的事。又或是 Alice 轉出了現金,而 Bob 卻沒有轉入金額,她也不會是開心的客戶。我們需要具有保證交易安全的方法,也就是如果在執行過程中,有部份出了錯,那麼即使是已經執行的部份,也不會對資料庫產生影響。把這些更新資料的指令,包裝在一個交易之中,就是這個保證交易安全的方法。這樣的交易稱作為 atomic:從其他的交易的角度來看,整個行為只有完全執行,亦或是什麼都沒有做,兩種結果而已。

我們也希望有某個保證是,一旦某個交易被完成了,那麼會由資料庫系統發出通知,使它確實是永久性的資料,即使發生短暫的當機之後,資料也不會遺失。舉例來說,如果我們正在進行 Bob 的提款系統操作行為,在他走出銀行大門之後,我們不要有任何可能性使他的提款記錄消失。一個具備交易安全的資料庫,會將這裡交易裡的更新行為,在它們被回報完成之前,都記錄在長效型儲存裝置上(也就是磁碟機)。

交易安全資料庫的另一個重要性質是, atomic update 的概念:當多個交易同時在進行時,每一個交易都不能夠看到其他交易未完成交易的資料狀態。舉個例子,如果某個交易正在進行總計所有分行的餘額,它不會只包含 Alice 的分行的提款,或不計算 Bob 的分行的存款,反之亦然。所以交易必須是全有全無的結果,而不只是資料庫資料的永久性,還包含了交易執行過程的可視性。一個未完成的交易直到完全完成之前,其間資料的改變,對其他的交易而言都看不見;而當交易完成的同時,資料的改變也同時全部呈現出來。

在 PostgreSQL 中,所謂的交易,是以 SQL 的 BEGIN 及 COMMIT 兩個指令相夾的過程。 所以我們前述的銀行交易實際上會像這樣:

BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100.00
WHERE name = 'Alice';
-- etc etc
COMMIT;

如果在交易的過程之中,我們決定不要完成交易(也許我們發現 Alice 的帳戶餘額不足),我們可以使用 ROLLBACK 指令來取代 COMMIT,那麼所有資料的變更都會取消。

PostgreSQL 一般將每一個 SQL 指令都視為一個交易來執行。如果你並沒有使用 BEGIN 指令,那麼每一個個別的指令就會隱含 BEGIN 先行,然後如果成功的話,COMMIT 也自動執行。一系列被 BEGIN 和 COMMIT 包夾的區域,有時候就稱為交易區塊。

注意

有一些用戶端程式會自動加入執行 BEGIN 及 COMMIT 指令,使得你不需要要求就獲得交易區塊的效果。請詳閱你所所用的工具文件。

還有一種交易的控制更為細緻,就是使用交易儲存點(savepoint)。交易儲存點允許你可以選擇性地取消部份交易,而只成交剩下的部份。使用 SAVEPOINT 指令定義一個交易儲存點之後,你可以使用 ROLLBACK,回復該交易狀態到交易儲存點。所有在交易儲存點之後所造成的資料庫變更,都會被回復,但交易儲存點之前的變更會暫時留存。

在回復到交易儲存點之後,它仍然可以繼續進行,而你可以多次回到該儲存點。相反地,如果你確定你不要再回復到某個特定的交易儲存點時,它也可以被釋放出來,系統資源也可以獲得舒解。記得,釋放或回復到一個交易儲存點時,將會自動釋放所有在那之後的交易儲存點。

所有這些過程都發生在交易區塊之中,所有沒有任何改變會讓其他資料庫連線所發現。當你確認完成了交易區塊的時候,完成交易的動作就會讓其他的連線知道,也能發現資料的改變;同時,回復的動作也會再也無法執行了。

記得這個銀行的資料庫,假設我們從 Alice 的帳號提出了 $100.00,然後存入了 Bob 的帳戶之中,隨後又發現應該要存到 Wally 的帳戶。我們可以使用交易儲存點來完成這個過程:

BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100.00
WHERE name = 'Alice';
SAVEPOINT my_savepoint;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100.00
WHERE name = 'Bob';
-- oops ... forget that and use Wally's account
ROLLBACK TO my_savepoint;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100.00
WHERE name = 'Wally';
COMMIT;

當然,這個例子是過度於簡化了,但這呈現出在交易區塊中使用交易儲存點,有著更多的可能性。進一步來說,ROLLBACK TO 是唯一能夠控制交易區塊執行流程的方式,當系統產生錯誤時,可以縮小回復的範圍,而不是只能全部回復再執行。