Bacaan Kotor, Tidak Boleh Diulang dan Hantu

Tahap pengasingan wujud untuk mencegah pepijat keserentakan tertentu yang dipanggil anomali bacaan. Penemuduga menjangkakan anda dapat mentakrifkan ketiga-tiganya dengan tepat dan memadankan setiap satu dengan tahap yang menghalangnya.

• Bacaan kotor - membaca data yang belum di-COMMIT
• Bacaan tidak boleh diulang - baris berubah antara dua bacaan
• Bacaan hantu - baris baharu muncul antara dua bacaan

Cabarannya ialah membezakan bacaan tidak boleh diulang daripada bacaan hantu, kerana kedua-duanya melibatkan pelaksanaan semula pertanyaan dan memperoleh hasil yang berbeza.

Bacaan kotor berlaku apabila transaksi T1 membaca baris yang telah diubah suai oleh transaksi T2 tetapi belum di-COMMIT. Jika T2 kemudian melakukan ROLLBACK, T1 telah bertindak berdasarkan data yang sebenarnya tidak pernah wujud.

Hanya READ UNCOMMITTED membenarkan bacaan kotor. Semua tahap yang lebih tinggi melarangnya.

Bahaya dunia sebenar: meluluskan pinjaman berdasarkan deposit yang kemudiannya dibatalkan dengan ROLLBACK beberapa saat kemudian.

Baca dua lajur sebagai garis masa. T1 sedang berjalan pada READ UNCOMMITTED.

T1 melihat baki 700, tetapi T2 tidak pernah melakukan COMMIT. Nilai 700 itu ialah nilai hantu yang terhasil daripada kerja T2 yang belum selesai. Selepas T2 melakukan ROLLBACK, nilai sebenar masih 500. T1 membuat keputusan berdasarkan data yang tidak sah.

Bacaan tidak boleh diulang berlaku apabila T1 membaca satu baris, T2 melakukan COMMIT terhadap kemas kini atau pemadaman pada baris yang sama, kemudian T1 membacanya semula dan melihat nilai yang berbeza.

Perhatikan perbezaan utama daripada bacaan kotor: di sini T2 telah melakukan COMMIT. Data itu sah, tetapi telah berubah tanpa disedari T1 dalam satu transaksi.

READ COMMITTED masih membenarkan keadaan ini. REPEATABLE READ dan tahap yang lebih tinggi mencegahnya dengan membaca daripada syot kilat yang stabil.

T1 berjalan pada READ COMMITTED dan membaca baris yang sama dua kali. Antara dua bacaan itu, T2 melakukan COMMIT terhadap satu perubahan.

Kunci primer yang sama menghasilkan dua nilai berbeza dalam satu transaksi. Ketakkonsistenan itu boleh merosakkan logik berbilang langkah yang menganggap baris tersebut stabil.

Bacaan hantu berlaku apabila T1 menjalankan pertanyaan dengan syarat carian, T2 melakukan COMMIT bagi INSERT (atau DELETE) terhadap baris yang sepadan dengan syarat itu, kemudian T1 menjalankan semula pertanyaan dan melihat set baris yang berbeza.

Perbezaannya daripada bacaan tidak boleh diulang ialah: bacaan tidak boleh diulang berkaitan dengan nilai baris sedia ada yang berubah; bacaan hantu pula berkaitan dengan bilangan baris yang sepadan dengan predikat yang berubah.

Hanya SERIALIZABLE dijamin oleh piawaian untuk mencegah bacaan hantu.

T1 mengira akaun bernilai tinggi dua kali. Antara dua kiraan itu, T2 memasukkan baris baharu yang menepati syarat dan melakukan COMMIT.

Tiada baris sedia ada berubah, namun COUNT berbeza. Baris baharu itu ialah "hantu" yang muncul dalam set hasil T1.

Pemetaan ini ialah inti pati topik ini. Berikut ialah tahap terendah yang mencegah setiap anomali:

• Bacaan kotor dicegah mulai daripada READ COMMITTED dan ke atas.
• Bacaan tidak boleh diulang dicegah mulai daripada REPEATABLE READ dan ke atas.
• Bacaan hantu dicegah oleh SERIALIZABLE (menurut piawaian).

Perhatikan bahawa nama-nama ini sepadan: REPEATABLE READ menjadikan bacaan boleh diulang; tahap-tahap itu dinamakan berdasarkan anomali yang baru sahaja dapat dicegahnya.

Inilah kekeliruan temu duga yang paling biasa. Ingat ayat ini:

Bacaan tidak boleh diulang = nilai baris sedia ada berubah. Bacaan hantu = set baris yang sepadan berubah (baris ditambah atau dibuang).

Uji diri: T2 menjalankan UPDATE ... WHERE id = 5 kemudian melakukan COMMIT, dan T1 membaca semula baris 5. Itu ialah bacaan tidak boleh diulang. T2 menjalankan INSERT bagi baris baharu yang sepadan dengan WHERE T1, kemudian T1 menjalankan semula pertanyaan. Itu ialah bacaan hantu.

Dalam temu duga lanjutan, penemuduga mungkin membawa perbincangan melangkaui tiga anomali piawai kepada herotan penulisan: dua transaksi masing-masing membaca set yang bertindih, melakukan penulisan yang tidak bertindih berdasarkan perkara yang dibaca, lalu kedua-duanya melakukan COMMIT sehingga terhasil keadaan yang tidak akan dibenarkan oleh mana-mana transaksi jika berjalan sendirian.

Contoh klasik: dua doktor sedang bertugas; setiap seorang memeriksa bahawa doktor lain sedang bertugas lalu mengeluarkan dirinya daripada jadual bertugas. Kedua-duanya berjaya, menyebabkan tiada doktor bertugas.

Pengasingan syot kilat (Postgres REPEATABLE READ) membenarkan herotan penulisan; hanya SERIALIZABLE menghalangnya. Menyebut perkara ini menunjukkan pemahaman yang mendalam.

Penemuduga kadangkala menyelitkan kemas kini yang hilang, yang tiada dalam senarai anomali piawaian tetapi kerap berlaku dalam amalan. Dua transaksi membaca nilai yang sama, kedua-duanya mengira nilai baharu daripadanya, lalu menulis semula nilai tersebut. Penulisan kedua menimpa penulisan pertama secara senyap.

Contoh: dua pemindahan masing-masing membaca baki 500, masing-masing menolak satu amaun, dan masing-masing menulis hasilnya. Salah satu penolakan itu hilang.

Pembetulannya bukan sekadar menggunakan tahap pengasingan yang lebih tinggi, tetapi juga penguncian eksplisit dengan SELECT ... FOR UPDATE, atau kemas kini atomik yang membuat pengiraan dalam pangkalan data, bukannya dalam aplikasi.

Tiga anomali bacaan, setiap satunya diatasi oleh tahap pengasingan yang lebih tinggi:

• Bacaan kotor (data yang belum di-COMMIT) - diatasi pada READ COMMITTED.
• Bacaan tidak boleh diulang (nilai baris sedia ada berubah) - diatasi pada REPEATABLE READ.
• Bacaan hantu (set baris yang sepadan berubah) - diatasi pada SERIALIZABLE.

Kekalkan perbezaan jelas antara bacaan tidak boleh diulang dengan bacaan hantu, dan sebut herotan penulisan jika penemuduga mahukan lebih banyak. Seterusnya kita lihat cara enjin pangkalan data sebenarnya menguatkuasakan pengasingan: penguncian, kebuntuan dan MVCC.