3.4. Транзакции #

Транзакции — это фундаментальное понятие во всех СУБД. Суть транзакции в том, что она объединяет последовательность действий в одну операцию «всё или ничего». Промежуточные состояния внутри последовательности не видны другим транзакциям, и если что-то помешает успешно завершить транзакцию, ни один из результатов этих действий не сохранится в базе данных.

Например, рассмотрим базу данных банка, в которой содержится информация о счетах клиентов, а также общие суммы по отделениям банка. Предположим, что мы хотим перевести 100 долларов со счёта Алисы на счёт Боба. Простоты ради, соответствующие SQL-команды можно записать так:

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');

Точное содержание команд здесь не важно, важно лишь то, что для выполнения этой довольно простой операции потребовалось несколько отдельных действий. При этом с точки зрения банка необходимо, чтобы все эти действия выполнились вместе, либо не выполнились совсем. Если Боб получит 100 долларов, но они не будут списаны со счёта Алисы, объяснить это сбоем системы определённо не удастся. И наоборот, Алиса вряд ли будет довольна, если она переведёт деньги, а до Боба они не дойдут. Нам нужна гарантия, что если что-то помешает выполнить операцию до конца, ни одно из действий не оставит следа в базе данных. И мы получаем эту гарантию, объединяя действия в одну транзакцию. Говорят, что транзакция атомарна: с точки зрения других транзакций она либо выполняется и фиксируется полностью, либо не фиксируется совсем.

Нам также нужна гарантия, что после завершения и подтверждения транзакции системой баз данных, её результаты в самом деле сохраняются и не будут потеряны, даже если вскоре произойдёт авария. Например, если мы списали сумму и выдали её Бобу, мы должны исключить возможность того, что сумма на его счёте восстановится, как только он выйдет за двери банка. Транзакционная база данных гарантирует, что все изменения записываются в постоянное хранилище (например, на диск) до того, как транзакция будет считаться завершённой.

Другая важная характеристика транзакционных баз данных тесно связана с атомарностью изменений: когда одновременно выполняется множество транзакций, каждая из них не видит незавершённые изменения, произведённые другими. Например, если одна транзакция подсчитывает баланс по отделениям, будет неправильно, если она посчитает расход в отделении Алисы, но не учтёт приход в отделении Боба, или наоборот. Поэтому свойство транзакций «всё или ничего» должно определять не только, как изменения сохраняются в базе данных, но и как они видны в процессе работы. Изменения, производимые открытой транзакцией, невидимы для других транзакций, пока она не будет завершена, а затем они становятся видны все сразу.

В Postgres Pro транзакция определяется набором SQL-команд, окружённым командами BEGIN и COMMIT. Таким образом, наша банковская транзакция должна была бы выглядеть так:

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

Если в процессе выполнения транзакции мы решим, что не хотим фиксировать её изменения (например, потому что оказалось, что баланс Алисы стал отрицательным), мы можем выполнить команду ROLLBACK вместо COMMIT, и все наши изменения будут отменены.

Postgres Pro на самом деле отрабатывает каждый SQL-оператор как транзакцию. Если вы не вставите команду BEGIN, то каждый отдельный оператор будет неявно окружён командами BEGIN и COMMIT (в случае успешного завершения). Группу операторов, окружённых командами BEGIN и COMMIT иногда называют блоком транзакции.

Примечание

Некоторые клиентские библиотеки добавляют команды BEGIN и COMMIT автоматически и неявно создают за вас блоки транзакций. Подробнее об этом вы можете узнать в документации интересующего вас интерфейса.

Операторами в транзакции можно также управлять на более детальном уровне, используя точки сохранения. Точки сохранения позволяют выборочно отменять некоторые части транзакции и фиксировать все остальные. Определив точку сохранения с помощью SAVEPOINT, при необходимости вы можете вернуться к ней с помощью команды ROLLBACK TO. Все изменения в базе данных, произошедшие после точки сохранения и до момента отката, отменяются, но изменения, произведённые ранее, сохраняются.

Когда вы возвращаетесь к точке сохранения, она продолжает существовать, так что вы можете откатываться к ней несколько раз. С другой стороны, если вы уверены, что вам не придётся откатываться к определённой точке сохранения, её можно удалить, чтобы система высвободила ресурсы. Помните, что при удалении или откате к точке сохранения все точки сохранения, определённые после неё, автоматически уничтожаются.

Всё это происходит в блоке транзакции, так что в других сеансах работы с базой данных этого не видно. Совершённые действия становятся видны для других сеансов все сразу, только когда вы фиксируете транзакцию, а отменённые действия не видны вообще никогда.

Вернувшись к банковской базе данных, предположим, что мы списываем 100 долларов со счёта Алисы, добавляем их на счёт Боба, и вдруг оказывается, что деньги нужно было перевести Уолли. В данном случае мы можем применить точки сохранения:

BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100.00
    WHERE name = 'Alice';
SAVEPOINT my_savepoint;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100.00
    WHERE name = 'Bob';
-- ошибочное действие... забыть его и использовать счёт Уолли
ROLLBACK TO my_savepoint;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100.00
    WHERE name = 'Wally';
COMMIT;

Этот пример, конечно, несколько надуман, но он показывает, как можно управлять выполнением команд в блоке транзакций, используя точки сохранения. Более того, ROLLBACK TO — это единственный способ вернуть контроль над блоком транзакций, оказавшимся в прерванном состоянии из-за ошибки системы, не считая возможности полностью отменить её и начать снова.

3.4. Transactions #

Transactions are a fundamental concept of all database systems. The essential point of a transaction is that it bundles multiple steps into a single, all-or-nothing operation. The intermediate states between the steps are not visible to other concurrent transactions, and if some failure occurs that prevents the transaction from completing, then none of the steps affect the database at all.

For example, consider a bank database that contains balances for various customer accounts, as well as total deposit balances for branches. Suppose that we want to record a payment of $100.00 from Alice's account to Bob's account. Simplifying outrageously, the SQL commands for this might look like:

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');

The details of these commands are not important here; the important point is that there are several separate updates involved to accomplish this rather simple operation. Our bank's officers will want to be assured that either all these updates happen, or none of them happen. It would certainly not do for a system failure to result in Bob receiving $100.00 that was not debited from Alice. Nor would Alice long remain a happy customer if she was debited without Bob being credited. We need a guarantee that if something goes wrong partway through the operation, none of the steps executed so far will take effect. Grouping the updates into a transaction gives us this guarantee. A transaction is said to be atomic: from the point of view of other transactions, it either happens completely or not at all.

We also want a guarantee that once a transaction is completed and acknowledged by the database system, it has indeed been permanently recorded and won't be lost even if a crash ensues shortly thereafter. For example, if we are recording a cash withdrawal by Bob, we do not want any chance that the debit to his account will disappear in a crash just after he walks out the bank door. A transactional database guarantees that all the updates made by a transaction are logged in permanent storage (i.e., on disk) before the transaction is reported complete.

Another important property of transactional databases is closely related to the notion of atomic updates: when multiple transactions are running concurrently, each one should not be able to see the incomplete changes made by others. For example, if one transaction is busy totalling all the branch balances, it would not do for it to include the debit from Alice's branch but not the credit to Bob's branch, nor vice versa. So transactions must be all-or-nothing not only in terms of their permanent effect on the database, but also in terms of their visibility as they happen. The updates made so far by an open transaction are invisible to other transactions until the transaction completes, whereupon all the updates become visible simultaneously.

In Postgres Pro, a transaction is set up by surrounding the SQL commands of the transaction with BEGIN and COMMIT commands. So our banking transaction would actually look like:

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

If, partway through the transaction, we decide we do not want to commit (perhaps we just noticed that Alice's balance went negative), we can issue the command ROLLBACK instead of COMMIT, and all our updates so far will be canceled.

Postgres Pro actually treats every SQL statement as being executed within a transaction. If you do not issue a BEGIN command, then each individual statement has an implicit BEGIN and (if successful) COMMIT wrapped around it. A group of statements surrounded by BEGIN and COMMIT is sometimes called a transaction block.

Note

Some client libraries issue BEGIN and COMMIT commands automatically, so that you might get the effect of transaction blocks without asking. Check the documentation for the interface you are using.

It's possible to control the statements in a transaction in a more granular fashion through the use of savepoints. Savepoints allow you to selectively discard parts of the transaction, while committing the rest. After defining a savepoint with SAVEPOINT, you can if needed roll back to the savepoint with ROLLBACK TO. All the transaction's database changes between defining the savepoint and rolling back to it are discarded, but changes earlier than the savepoint are kept.

After rolling back to a savepoint, it continues to be defined, so you can roll back to it several times. Conversely, if you are sure you won't need to roll back to a particular savepoint again, it can be released, so the system can free some resources. Keep in mind that either releasing or rolling back to a savepoint will automatically release all savepoints that were defined after it.

All this is happening within the transaction block, so none of it is visible to other database sessions. When and if you commit the transaction block, the committed actions become visible as a unit to other sessions, while the rolled-back actions never become visible at all.

Remembering the bank database, suppose we debit $100.00 from Alice's account, and credit Bob's account, only to find later that we should have credited Wally's account. We could do it using savepoints like this:

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;

This example is, of course, oversimplified, but there's a lot of control possible in a transaction block through the use of savepoints. Moreover, ROLLBACK TO is the only way to regain control of a transaction block that was put in aborted state by the system due to an error, short of rolling it back completely and starting again.

FAQ