MS SQL Server和Oracle对数据库事务处理的差异性

背景

在吉日嘎拉的软件编程走火入魔之：数据库事务处理入门(适合初学者阅读)文章中关于MS SQL Server和Oracle对数据库事务处理的差异性引起一些争论，因此记录我对数据库事务处理的想法。

 

简介

本文讲述MS SQL Server和Oracle对数据库事务处理的差异性，以及Oracle如何对事务处理的实现。

 

什么是事务

数据库事务(Database Transaction)是一组数据库操作的处理单元。事务符合ACID的特性：

Atomic:原子性，要么全部要么一无所有。All or None.

Consistent:一致性，所有依赖关系以及约束一致。

Isolated:分离性，不同事务不互相影响。

Durable:持久性，提交事务的数据需要持久化。

 

为什么要使用事务

实现事务主要有两大功能：

1.保证数据库的consistent(一致性状态)，保持所有依赖关系以及约束一致)。哪怕数据库管理系统出现故障时(例如断电)，也能恢复到一致性状态。例如一个银行转帐系统，张三给李四转3000圆RMB，张三帐号上减3000和李四帐号上加3000需要同时完成，否则系统的帐就不平了。也例如有些销售系统的汇总表和明细表，是一个主表和一个从表，需要同步更新。

2.并发时分离不同事务操作。例如编辑过程中的数据不给其他事务查询到。这也是相对的，在特效需求下可能要支持dirty read(脏读)，但不是这里讨论的范围了。

 

SQL Server 2008 的事务类型

1.自动提交事务 Autocommit Transactions

这是SQL Server默认的事务类型，每一条单独的SQL语句(SQL statement)都是单独的一个事务，语句执行完毕后自动提交。调用方不需要手工控制事务流程。

2.显示事务 Explicit Transactions

调用方需要调用API或者使用T-SQL的BEGIN TRANSACTION 语句来打开事务。需要调用COMMIT 或者 ROLLBACK TRANSACTION 来提交或者回滚。

3.隐式事务 Implicit Transactions

使用SET IMPLICIT_TRANSACTIONS ON把事务模式变成隐式模式。调用方不需要执行BEGIN TRANSACTION 语句来打开事务。数据库引擎执行到SQL语句的时候自动打开事务。调用方需要调用COMMIT 或者 ROLLBACK TRANSACTION 来提交或者回滚。当数据库引擎执行下一个SQL语句时又自动打开一个新事务。

参考:Controlling Transactions (Database Engine)

 

Oracle的事务类型

Oracle的事务处理类型有点像SQL Server的隐式事务。当执行到第一个可执行的SQL语句时自动打开事务，然后需要调用方执行commit或者rollback来提交或者回滚事务，如果有DDL语句，Oracle也会自动提交事务的。

参考:Transaction Management

 

Oracle的事务的实现

Oracle的结构分逻辑上和物理上的区别。逻辑上的结构是表空间，而物理上的结构是数据文件。

逻辑实现

Oracle下实现事务在逻辑上是由Undo Tablespace来实现的。Undo Tablespace包含Undo Segements(段)，而Undo Segements包含Undo Data。Undo Data是支持事务的逻辑单元。

图源自于《Oracle Database 10g: Administration Workshop I》

Undo Data用于保存修改前后的数据，以支持回滚，长时间查询，和flashback查询，以及失败事务恢复的功能。

由于有了Undo Data，回滚事务变得容易了，因为Undo Data保存了修改前后的数据，保证了事务的原子性。失败事务恢复和事务回滚类似，当网络中断或者其他原因导致事务异常停止，数据库引擎可以恢复到一致性状态。

同时Undo Data也支持长时间查询(Read-consistent)，例如有表格T，主键为key，有字段为f1，数据如下，尽管只有4条数据，假设需要很长时间进行查询。

key	f1
1	A
2	B
3	C
4	D

事务一开始查询，一直没结束，而事务二开始修改key为1的数据为Z，事务二进行提交，数据变成下面的表格。但是事务一查询结束的时候还是读出A,B,C,D，因为查询是从Undo中读出快照。

key	f1
1	Z
2	B
3	C
4	D

Flashback查询是Oracle 10g引进的功能，可以查询出提交之后修改之前的数据，例如上面例子事务三在事务二提交后想查询出A,B,C,D可以通过Flashback查询来完成。这也是有Undo Data来支持的。

 

物理实现

从上面的逻辑实现看，只是知道了事务以及Undo Data的作用，还不清楚Oracle对事务的支持到底怎么实现的。下面从物理结构上讲述Oracle怎么对事务进行支持。请先看一个物理结构图。

 

图源自于《Oracle Database 10g: Administration Workshop I》

为了简化，我只是用个人的语言讲述和事务有关的部件。SGA可以理解为全局内存。其中Database Buffer Cache存放的是从数据文件中读取的数据缓存。紫色的圆柱体为数据文件。Redo Log Buffer为重做日志缓存，也就是保存日志的内存块，一切的数据的修改都会记录在Redo Log Buffer里面。例如用回事务二更新key为1数据的例子。当事务二更新key为1数据从A到Z。Oracle数据库引擎会把key为1的数据的rowid，修改前数据A以及修改后数据Z都记录在Redo Log Buffer里面。如果事务二继续更新key为2的数据为Y，那么key为2的数据的rowid，修改前数据B以及修改后数据Y也记录到Redo Log Buffer里面。每一笔数据都记录，而且是流水线性记录。一旦事务二进行提交，LGWR进程(Log Writer，日志写进程)就会把Redo Log Buffer的数据按顺序写到Log Datafile里面，也就是日志数据文件里面，当写日志文件完成，Oracle数据库引擎会生成一个SCN(system change number，系统更新号)，到这时候Oracle数据库引擎会通知调用方提交完成了。这里可以看到Oracle在提交的时候不必要把更新数据写回数据文件，而是写到日志文件里面。因为顺序写线性的日志文件速度快很多，而写数据文件是需要随机读写。由于线性记录和SCN号控制，数据库引擎可以通过redo log(重做日志文件)的操作得到最新的数据。当然在Checkpoint的时候数据文件是最终还是会更新的，只是说事务提交的时候更新数据文件不是必须步骤，这样能很大的提高性能。

由于这个机制，回滚变得很简单，要读没提交前之前的SCN是很容易的事情。

 

对于初学者关于数据库事务处理的建议

我自己也是从新手一步步走过来，现在也不是老鸟，算是有点经验，如果是刚入门的同学，你觉得有用就看一下，没用就过了。

对于数据库事务的处理，开始的时候不需要很深入了解数据库的原理，当然以后还是需要了解的，优先级排后而已。高优先级如下：

首先，事务不是什么高深神秘的东西，我从入行开始所做的所有系统，包括现在的嵌入式系统，都用到事务。我并不觉得大部分系统事务有什么问题，只是一些约束和同步机制，真的有问题从自身系统设计角度看，不一定说从数据库技术角度去找解决方法。例如Oracle的长时间查询如果Undo Data(历史数据)给覆盖了，Oracle会抛出异常"ORA-01555: snapshot too old”，如果出现这种问题，我会从自身系统设计角度入手，为什么有那么大的查询，为什么在这个查询中其他事务会更新数据，这些查询是否只是查一次就够了，查的过程是否需要锁住表等等。然而这个问题可以通过数据库调优解决，但是我想问题的角度首先是从自身系统设计出发。

第二，要知道的是不同数据库的事务类型的区别，例如MS SQL Sever是默认是自动提交事务，用的时候需要知道每个语句都有单独的事务在操作。而Oracle是类似于隐式事务，必须手工commit或者rollback。

第三，使用事务要知道一一对应，特别是嵌套事务的时候，有始有终。很多问题时候发生终的时候，注意异常处理需要结束已经打开的事务。

 

第一点是心理问题，第二三点是技术问题，做好我觉得就可以入门开发系统了。以后碰到问题在一步步深入。

 

MS SQL Server对事务的实现下一篇再讲了。上述是我对Oracle实现的理解，有不当之处也希望指出，我可以完善文章。