Transactions (1) - ACID

此系列是 资料工程师修炼之路 的後半部份，一样是 Design Data Intensive Applications 的摘要 + 经验分享，所有的图片都是节录该书内容。

在莫非定律的魔爪下，一个应用系统都有可能遇到下列几种错误：

• 资料库的软件或硬体忽然挂掉。
• 应用系统端（Application）忽然挂掉。
• 系统跟资料库的网路断掉，或者各资料库节点的网路断掉。
• 同时多个客户端想修改资料库资料。
• 某个客户端读取到奇怪的资料，因为该资料是部份更新成功。

transaction (事务) 的概念就是让上述问题 简单化，transaction 就是一个方法让应用系统把数个读取和写入集结成一个逻辑单位，白话点说就是同一个 transcation 的多次读取跟写入会视为一个操作，就只有成功 (commit) 或失败 (abort, rollback) 两种结果；若发生失败，有关资料是否更新的疑虑通通消失，你的後续动作就变的简单多了。

几乎所有的关联式资料库 + 少部份的 NoSQL 支援 transaction，就像所有技术决定一样，transaction 有它的优点跟限制，并不是所有的应用系统都需要 transaction，也不是用了 transaction 就一定比较慢，更没有 transaction 非得用在 有价值 的资料上，所以在做各种权衡前，务必要了解各种 transaction 的概念与机制。

ACID

transaction 的安全保证来自 原子性 (Atomicity)、一致性 (Consistency)、隔离性 (Isolation) 和 持久性 (Durability)，由 1983 年的 Theo Härder 和 Andreas Reuter 提出，但时至今日，ACID 这词变的很暧昧，同样的词可能会代表不同意思，接下来会详述 ACID 通用的定义和该改什麽名词比较好 XD

原子性 (Atomicity)

一般来说，原子性 意为某样东西不可在被切割的更小块。

但在计算机领域中，则是指在多执行绪底下，某个执行绪若执行一个原子操作 (atomic operation)，另一个执行绪无法看到该操作中的半完成状态，只有操作前跟操作後两个状态。

就 ACID 的角度来看，原子性跟并发 (concurrent) 一点关系都没有（跟并发有关的是 隔离性），原子性描述的是当多次写入有错误发生时（无法 commit，且有几笔已成功写入），transaction 会中断，资料库会舍弃或回复成原始的资料，应用系统端可以确保不会有任何资料被写入，所以他们可以放心的重试。

书中就说，用中断性 (Abortability) 来代表 A 会比较适合。

一致性 (Consistency)

这个的定义可多了，简单举例就有：

• 2020 Day 22 Replication (2) - Problems with Replication Lag 中的最终一致性 (eventual consistency)。
• 一致性杂凑 (Consistent Hashing)。
• CAP 理论的 Consistency。
• ACID 角度的 Consistency。

ACID 的 一致性 指的是在你对你资料的某种陈述底下，其资料必定符合该陈述。

什麽意思呢？假设有个会计系统，你的资料中有借就会有贷，借贷必定平衡，所以一个 transaction 成功时，其必定满足这个陈述。

然而，这个 一致性 的概念是需要仰赖应用系统来定义的，其实跟资料库要提供的 transaction 安全保证没啥关系，你若想写脏资料，资料库也管不到你，所以啦，资料库其实只需要 原子性、隔离性 和 持久性 就能确保应用系统端想符合的一致性。

隔离性 (Isolation)

隔离性 指的是当 transaction 在并发执行时，其 transaction 不会互相影响。

下图 7-1 是个例子来说明对同一笔资料的并发操作问题，你有 2 个 User 同时去将 counter + 1，最终的 counter 应该要 44， 而不是 43。

教科书等级的隔离 是 序列化隔离 (serializability isolation)，意思是每次在资料库中，只会有一个 transaction 在执行，做完才换下一个，但实务上不会这样干，对效能的影响很大，大多都会使用较弱的 弱等级的隔离 (Weak Isolation Levels)（Day 3, 4 介绍）。

持久性 (Durability)

持久性 是保证一但 transaction 成功 commit，资料不会被忘记，即使硬体坏掉或资料库挂掉。

对单机器的资料来说，持久性 就是成功写到硬碟或 SSD 上，对多节点有 数据复制 (replication) 的资料库来说，持久性 就代表了有成功复制资料到其他节点上了。

明天会谈谈资料物件之更新会用到哪些 ACID 原则。