数据库事务 | Codeboy's Blog

形式陈述

数据库事务 $T_i$ 是带边界的一段程序执行。它从 begin 开始，内部产生读取 $r_i(x)\!\to\!v$ 、写入 $w_i(x,v')$ 和局部计算，最后以提交 $c_i$ 或中止 $a_i$ 结束。若数据库状态集合为 $\mathcal D$ ，成功事务可抽象为部分状态变换

F_i:\mathcal D\rightharpoonup\mathcal D.

定义域刻画业务前置与完整性约束；提交表示系统接受本次变换，中止则表示本次尝试不应作为已完成效果留给之后的事务。这个抽象没有规定内部必须只有一条语句，也没有要求事务独占数据库。

事务边界把“程序已经算出结果”和“数据库承诺结果”分开。写操作可以先进入私有工作区、缓冲页或日志，只有提交协议完成后才成为该事务的成功结果。相反，应用收到普通查询结果并不表示事务已经提交；连接断开、约束失败或显式回滚仍可令它中止。

良构执行只有一个终止决定，并且在 $c_i$ 或 $a_i$ 后不再产生属于同一事务的普通读写。savepoint 只标记可局部回滚的位置，不是外部 commit；嵌套事务若允许子事务提交，也要说明子决定是否在父事务中止时仍可见。否则“commit”一词会同时指内部阶段与最终承诺。

事务本身只是工作单位。ACID 事务性质说明希望这个单位具备哪些保证，调度与并发控制决定多个事务怎样交错，恢复算法决定崩溃后怎样兑现提交或中止。把这些机制塞进“事务”一词，会让接口无法说明自己究竟承诺了什么。

直觉

一次银行转账在业务上是一件事，在存储层却至少包含扣款、加款和若干检查。事务像给这些步骤套上一个共同封套：外部不应只收到半张账单。封套内部可以有索引更新、触发器或多页修改，封套边界仍只有一次成功或失败决定。

这种分组也给并发推理提供名字。系统可以说“事务 $T_2$ 读到了 $T_1$ 的写”“ $T_3$ 必须在 $T_1$ 之后提交”，而不必把每次磁盘写都误当成业务操作。物理页可能提前落盘，逻辑事务却仍未提交；逻辑边界与物理写入时刻是两个层次。

例子与边界

账户初值为 $A=500,B=300$ ，事务 $T$ 转账 $80$ ：

text

begin
read A = 500
write A = 420
read B = 300
write B = 380
commit

其业务变换保持 $A+B=800$ 。若第二次写前余额检查失败，正确终点是 abort，而不是把 $A=420,B=300$ 当作一次较小的成功。若两次写都已进入缓存但 commit 尚未完成，物理内存里出现新值也不能据此宣称事务已经提交。

事务不保证程序逻辑正确。把 write B = 280 写错仍可原子提交，却破坏资金守恒；完整性约束或应用证明必须另行排除。事务也不等于分布式原子提交：涉及两个独立资源管理器时，两阶段提交可以协调共同决定，但它不替本地事务选择隔离级别。

长事务还有工程边界。它持锁或固定旧快照的时间更久，可能扩大冲突、版本保留与恢复成本；把整天的业务流程包进一个数据库事务，通常也无法跨越人工审批和不可撤销的外部副作用。此时需重新划分边界或使用补偿工作流，而不是假设数据库能撤销已发出的邮件。

另一个常见边界发生在 commit 响应丢失时：服务器可能已经提交，只是客户端没有收到确认。客户端不能把超时直接解释为 abort 并无条件重放，否则可能重复扣款。可靠 API 通常让请求携带唯一业务键，或提供查询最终事务结果的接口；这是处理“结果未知”，不是改变事务原子性。

推论与应用

明确事务边界后，可以把一次执行投影成事务调度，检查读取来源、提交次序与串行等价；也可以在崩溃模型下定义哪些提交必须恢复。并发控制和恢复分别约束同一组事务事件，因此两边使用的事务标识、begin/commit/abort 状态必须一致。

数据库驱动常提供自动提交模式：每条语句隐式构成一个事务。这是边界选择，不是“没有事务”。显式事务则把多条语句纳入同一决定。审查 API 时应确认异常是否自动 abort、重试是否创建新事务标识，以及客户端收到 commit 成功前后分别能作何推断。

测试事务接口还应覆盖重复 begin、事务内语句错误、savepoint 回滚、commit 超时和连接池复用。若错误后的连接仍带着旧事务上下文，下一位调用者可能意外继承锁或未提交写；边界管理错误会破坏上层所有调度分析。

参考资料

Philip A. Bernstein, Vassos Hadzilacos, and Nathan Goodman, Concurrency Control and Recovery in Database Systems, Addison-Wesley, 1987, Chs. 1–2。
Jim Gray and Andreas Reuter, Transaction Processing: Concepts and Techniques, Morgan Kaufmann, 1992, Chs. 1–4。
Theo Härder and Andreas Reuter, “Principles of Transaction-Oriented Database Recovery,” ACM Computing Surveys 15(4), 1983, pp. 287–317。