Понятие транзакции. Проблемы обновления таблиц-отношений

Транзакция - это неделимая, с точки зрения воздействия на СУБД, последовательность операций манипулирования данными. Для пользователя транзакция выполняется по принципу «все или ничего», т.е. либо транзакция выполняется целиком и переводит базу данных из одного целостного состояния в другое целостное состояние, либо, если по каким-либо причинам, одно из действий транзакции невыполнимо, или произошло какое-либо нарушение работы системы, БД возвращается в исходное состояние, которое было до начала транзакции (происходит откат транзакции). С этой точки зрения, транзакции важны как в многопользовательских, так и в однопользовательских системах. В однопользовательских системах транзакции - это логические единицы работы, после выполнения которых БД остается в целостном состоянии. Транзакции также являются единицами восстановления данных после сбоев - восстанавливаясь, система ликвидирует следы транзакций, не успевших успешно завершиться в результате программного или аппаратного сбоя. Эти два свойства транзакций определяют атомарность (неделимость) транзакции. В многопользовательских системах, кроме того, транзакции служат для обеспечения изолированной работы отдельных пользователей - пользователям, одновременно работающим с одной базой данных, кажется, что они работают как бы в однопользовательской системе и не мешают друг другу.

Транзакция или логическая единица работы БД, - это в общем случае последовательность ряда таких операций, которые преобразуют некоторое непротиворечивое состояние базы данных в другое непротиворечивое состояние, но не гарантируют сохранения непротиворечивости во все промежуточные моменты времени.

Транзакция обладает четырьмя важными свойствами, известными как свойства АСИД:

• (А) Атомарность. Транзакция выполняется как атомарная операция - либо выполняется вся транзакция целиком, либо она целиком не выполняется.
• (С) Согласованность. Транзакция переводит базу данных из одного согласованного (целостного) состояния в другое согласованное (целостное) состояние. Внутри транзакции согласованность базы данных может нарушаться.
• (И) Изоляция. Транзакции разных пользователей не должны мешать друг другу (например, как если бы они выполнялись строго по очереди).
• (Д) Долговечность. Если транзакция выполнена, то результаты ее работы должны сохраниться в базе данных, даже если в следующий момент произойдет сбой системы.

Транзакция обычно начинается автоматически с момента присоединения пользователя к СУБД и продолжается до тех пор, пока не произойдет одно из следующих событий:

• подана команда COMMIT (зафиксировать транзакцию);
• подана команда ROLLBACK (откатить транзакцию);
• произошло отсоединение пользователя от СУБД;
• произошел сбой системы.

 

Свойства АСИД транзакций не всегда выполняются в полном объеме. Особенно это относится к свойству И (изоляция). В идеале, транзакции разных пользователей не должны мешать друг другу, т.е. они должны выполняться так, чтобы у пользователя создавалась иллюзия, что он в системе один. Простейший способ обеспечить абсолютную изолированность состоит в том, чтобы выстроить транзакции в очередь и выполнять их строго одну за другой. Очевидно, при этом теряется эффективность работы системы. Поэтому реально одновременно выполняется несколько транзакций (смесь транзакций). Различается несколько уровней изоляции транзакций. На низшем уровне изоляции транзакции могут реально мешать друг другу, на высшем - они полностью изолированы. За большую изоляцию транзакций приходится платить большими накладными расходами системы и замедлением работы. Пользователи или администратор системы могут по своему усмотрению задавать различные уровни изоляции всех или отдельных транзакций. Более подробно изоляция транзакций рассматривается в п. 4.6.3.

Свойство Д (долговечность) также не является абсолютными свойством, т.к. некоторые системы допускают вложенные транзакции. Если транзакция Б запущена внутри транзакции А, и для транзакции Б подана команда COMMIT, то фиксация данных транзакции Б является условной, т.к. внешняя транзакция А может откатиться. Результаты работы внутренней транзакции Б будут окончательно зафиксированы только, если будет зафиксирована внешняя транзакция А.

Свойство (С) - согласованность транзакций определяется наличием понятия согласованности базы данных. База данных находится в согласованном (целостном) состоянии, если выполнены (удовлетворены) все ограничения целостности, определенные для базы данных.

Ограничение целостности (бизнес-правило) - это некоторое утверждение, которое может быть истинным или ложным в зависимости от состояния базы данных.

Примерами ограничений целостности могут служить следующие утверждения:

Пример 1. У каждого заказчика только один продавец.

Пример 2. Каждый сотрудник имеет уникальный табельный номер.

Пример 3 Сотрудник обязан числиться в только одном отделе.

Пример 4. Сумма денег накладной обязана равняться сумме произведений цен товаров на количество товаров для всех товаров, входящих в накладную.

Как видно из этих примеров, некоторые из ограничений целостности являются ограничениями реляционной модели данных. Пример 2 представляет ограничение, реализующее целостность сущности. Примеры 1, 3 представляют ограничения, реализующие ссылочную целостность. Другие ограничения являются достаточно произвольными утверждениями, связанными с правилами в конкретной предметной области (пример 4). Любое ограничение целостности является семантическим понятием, т.е. появляется как следствие определенных свойств объектов предметной области и/или их взаимосвязей.

Вместе с понятием целостности базы данных возникает понятие реакции системы на попытку нарушения целостности. Система должна не только проверять, не нарушаются ли ограничения в ходе выполнения различных операций, но и должным образом реагировать, если операция приводит к нарушению целостности. Имеется два типа реакции на попытку нарушения целостности:

1. Отказ выполнить "незаконную" операцию.
2. Выполнение компенсирующих действий.

Работа системы по проверке ограничений изображена на рисунке 1.

Каждая система обладает своими средствами поддержки ограничений целостности. Ограничения целостности классифицируются несколькими способами:

• по способам реализации;
• по времени проверки;
• по области действия.

По способам реализации различают:

• декларативную поддержку ограничений целостности - средствами языка определения данных (DDL);
• процедурную поддержку ограничений целостности - посредством триггеров и хранимых процедур.

Рисунок.1 Работа системы по проверке ограничений

По времени проверки ограничения делятся на:

• немедленно проверяемые ограничения;
• ограничения с отложенной проверкой.

По области действия ограничения делятся на:

• ограничения домена;
• ограничения атрибута;
• ограничения кортежа;
• ограничения отношения;
• ограничения базы данных.

Стандарт языка SQL поддерживает только декларативные ограничения целостности, реализуемые как:

• ограничения домена;
• ограничения, входящие в определение таблицы;
• ограничения, хранящиеся в базе данных в виде независимых утверждений (assertion).

Проверка ограничений допускается как после выполнения каждого оператора, могущего нарушить ограничение, так и в конце транзакции. Во время выполнения транзакции можно изменить режим проверки ограничения.

Стандарт SQL не предусматривает процедурных ограничений целостности, реализуемых при помощи триггеров и хранимых процедур. В стандарте SQL 92 отсутствует понятие «триггер», хотя триггеры имеются во всех промышленных СУБД SQL-типа. Таким образом, реализация ограничений средствами конкретной СУБД обладает большей гибкостью, нежели с использованием исключительно стандартных средств SQL.