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数据库事务 ACID

news 2025/7/23 10:27:26

数据库 ACID 是指数据库在执行事务（Transaction）时需要保证的四个特性，即原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）。这些特性确保了数据库事务的可靠性，即使在系统故障或并发访问的情况下，也能维护数据的完整性。

一、原子性（Atomicity）

定义：事务中的所有操作要么全部完成，要么全部不完成，不可分割。如果事务执行过程中发生错误，系统会回滚（Rollback）到事务开始前的状态。

示例：

很通用的一个案例就是，假设一个银行转账事务包含两个操作：

1、从账户 A 扣除 100 元；

2、向账户 B 增加 100 元。

如果操作 2 失败，原子性要求操作 1 也必须撤销，确保账户 A 的钱不会凭空减少。

实现机制：

回滚日志（Undo Log）：记录事务执行前的数据状态，用于回滚。
两阶段提交（2PC）：分布式系统中确保跨节点事务的原子性。

二、一致性（Consistency）

定义：事务执行前后，数据库的状态必须满足所有业务规则和约束（如主键唯一、外键引用有效、数据类型合法等）。事务不能破坏数据库的完整性。

示例：继续 原子性 示例中的转账事务，无论操作是否成功，账户 A 和账户 B 的合计总金额必须保持不变（符合 "余额守恒" 规则）。

实现机制：

约束检查：数据库在执行事务时自动验证约束（如唯一约束、非空约束）。
触发器（Trigger）：通过自定义逻辑维护数据一致性。

三、隔离性（Isolation）

定义：多个并发事务之间相互隔离，一个事务的执行不能被其他事务干扰。每个事务都要感觉自己是系统中唯一运行的事务。

示例：

当两个转账事务同时发生时，隔离性确保：

1、事务A不会看到事务B未提交的中间状态；

2、事务B必须等待事务A完成或回滚后才能访问相同数据。

实现机制：

锁（Lock）：通过行锁、表锁限制并发访问。
MVCC（多版本并发控制）：为数据保存多个版本，允许事务读取历史版本，避免锁冲突。

事务的隔离级别（读未提交、读已提交、可重复读、串行化）决定了隔离的程度，详可见数据库隔离级别。

四、持久性（Durability）

定义：一旦事务提交，其对数据库的修改将永久保存，即使系统崩溃或重启后数据也不会丢失。

示例：

转账事务提交后：

1、即使数据库服务器立即断电，重启后转账结果仍然存在。

2、系统会使用事务日志来恢复已提交但尚未写入数据文件的事务。

实现机制：

日志（Redo Log）：事务修改先记录到日志文件（如 MySQL 的 Binlog、InnoDB 的 redo log），再异步刷新到磁盘。
预写日志（WAL, Write-Ahead Logging）：确保事务提交前日志已写入磁盘。
RAID、备份恢复：通过硬件冗余和定期备份进一步保障数据安全。

实际应用中的考虑

性能与 ACID 的权衡：更高的隔离级别通常意味着更低的并发性能。
分布式系统中的 ACID：在分布式环境下实现 ACID 更具挑战性，通常采用 BASE 理论作为补充。
NoSQL与ACID：许多NoSQL数据库牺牲部分ACID特性以获得更好的扩展性和性能。

ACID 与 BASE 的对比

ACID：强一致性，适合对数据准确性要求极高的场景（如银行）。
BASE（基本可用<Basically Available>、软状态<Soft state>、最终一致性<Eventually consistent>）：弱一致性，适合互联网高并发场景（如电商库存的最终一致）。