SQLite学习笔记（12）-事务(1)

2.3 事务（Transaction）
在SQLite的query执行过程中，事务以及锁操作总是必不可少的。Query总是在事务之中执行，而事务中总是少不了锁操作，但对锁的操作不当的话就可能引起问题。
2.3.1 事务的周期
程序与事务之间有两件事值得注意：
（1） 哪些对象在事务下运行——这直接与API有关。
（2） 事务的生命周期，即什么时候开始，什么时候结束以及它在什么时候开始影响别的连接（这点对于并发性很重要）——这涉及到SQLite的具体实现。
一个连接（connection）可以包含多个(statement)，而且每个连接有一个与数据库关联的B-tree和一个pager。Pager在连接中起着很重要的作用，因为它管理事务、锁、内存缓存以及负责崩溃恢复(crash recovery)。当你进行数据库写操作时，记住最重要的一件事：在任何时候，只在一个事务下执行一个连接。这些回答了第一个问题。
一般来说，一个事务的生命周期可以短的像statement一样，当然也可以和你想象的那样长——直到你手动结束它。默认情况下，事务自动提交，当然你也可以通过BEGIN..COMMIT手动提交。
2.3.2 锁的状态
通常情况下，锁的持续时间和事务一样。尽管他们不总是一起开始，但他们总是一起结束。当事务结束时，你会释放和他相关的锁。但是系统在事务没有结束的情况下崩溃，那么下一个访问数据库的连接会处理这种情况。
在SQLite中锁有5种不同的状态，一个连接无论什么时候都处于其中的一个状态。图2.4显示了锁的不同状态以及之间的转换。

图2.4 锁的状态
除了UNLOCKED之外，每一种状态都有一种对应的锁。所以，一个连接在RESERVED状态下、加了RESERVED锁或者正在RESERVED都是一样的意思。
图中有以下三点值得注意：
（1） 一个事务可以在UNLOCKED，RESERVED或EXCLUSIVE三种状态下开始。默认情况下在UNLOCKED时开始。
（2） 白色框中的UNLOCKED,PENDING,SHARED和 RESERVED可以在一个数据库的同一时存在。
（3） 从灰色的PENDING开始，事情就变得严格起来，意味着事务想得到排斥锁(EXCLUSIVE)（注意与白色框中的区别）。
虽然锁有这么多状态，但是从体质上来说，只有两种情况：读事务和写事务。
2.3.3 读事务
我们先来看看SELECT语句执行时锁的状态变化过程，非常简单：一个连接执行select语句，触发一个事务，从UNLOCKED到SHARED，当事务COMMIT时，又回到UNLOCKED，就这么简单。
考虑下面的例子(为了方便，用伪代码写的)：

db = open('foods.db')
db.exec('BEGIN')
db.exec('SELECT * FROM episodes')
db.exec('SELECT * FROM episodes')
db.exec('COMMIT')
db.close()

由于显式的使用了BEGIN和COMMIT，两个SELECT命令在一个事务下执行。第一个exec()执行时，connection处于SHARED，然后第二个exec()执行，当事务提交时，connection又从SHARED回到UNLOCKED状态，如下： UNLOCKED→PENDING→SHARED→UNLOCKED 如果没有BEGIN和COMMIT两行，那么这两个SELECT操作就会按照autocommit mode来执行。它们就会各自独立执行，其运行状况如下： UNLOCKED→PENDING→SHARED→UNLOCKED→PENDING→ SHARED→UNLOCKED 2.3.4 写事务 下面我们来考虑写数据库，比如UPDATE。和读事务一样，它也会经历UNLOCKED→PENDING→SHARED，这是任何操作都会经历的，但接下来却是灰色的PENDING， （1） The Reserved States 当一个连接向数据库写数据时，从SHARED状态变为RESERVED状态，如果它得到RESERVED锁，也就意味着它已经准备好进行写操作了。即使它没有把修改写入数据库，也可以把修改保存到位于pager的本地内存缓存（page cache）中。 当一个连接进入RESERVED状态，pager就开始初始化恢复日志（rollback journal，用于rollback以及崩溃恢复）。在RESERVED状态下，pager管理着三种页面： 1) Modified pages：包含被B-树修改的记录，位于page cache中。 2) Unmodified pages：包含没有被B-tree修改的记录。 3) Journal pages：这是修改页面以前的版本，这些并不存储在page cache中，而是在B-tree修改页面之前写入日志。 Page cache非常重要，正是因为它的存在，一个处于RESERVED状态的写连接可以真正的开始工作，而不会干扰其它的（读）连接。所以，SQLite可以高效的处理在同一时刻的多个读连接和一个写连接。要注意的是在一个数据库中，任何时候都只能有一个连接处于RESERVED 或 EXCLUSIVE状态——即可以有多个reader单只能有一个writer。 （2） The Pending States 当一个连接完成修改，就真正开始提交事务，执行该过程的pager进入EXCLUSIVE状态。从RESERVED状态，pager试着获取 PENDING锁，一旦得到，就独占它，不允许任何其它连接获得PENDING锁（PENDING is a gateway lock）。既然写操作持有PENDING锁，其它任何连接都不能从UNLOCKED状态进入SHARED状态，即没有任何连接可以进入数据（no new readers,no new writers）。只有那些已经处于SHARED状态的连接可以继续工作。而处于PENDING状态的Writer会一直等到所有这些连接释放它们的锁。当其他连接都释放他们的锁，这个数据库就属于writer了，然后pager就可以从PENGDING移动到EXCLUSIVE。 （3） The Exclusive State 在EXCLUSIVE状态下，主要的工作是把修改的页面从page cache写入数据库文件，这是真正进行写操作的地方。 在pager写入modified pages之前，它还得先做一件事：写日志。它检查是否所有的日志都写入了磁盘，而这些通常位于OS的缓冲区中，所以pager得告诉OS把所有的文件写入磁盘，这是由程序synchronous(通过调用OS的相应的API实现)完成的。 日志是数据库进行恢复的惟一方法，所以日志对于DBMS非常重要。如果日志页面没有完全写入磁盘而发生崩溃，数据库就不能恢复到它原来的状态，此时数据库就处于不一致状态。日志写入完成后，pager就把所有的modified pages写入数据库文件。接下来就取决于事务提交的模式，如果是自动提交，那么pager清理日志，清除page cache，然后由EXCLUSIVE进入UNLOCKED。如果是手动提交，那么pager继续持有EXCLUSIVE锁和保存日志，直到COMMIT 或者ROLLBACK。 总之，从性能方面来说，进程占有排斥锁的时间应该尽可能的短，所以DBMS通常都是在真正写文件时才会占有排斥锁，这样能大大提高并发性能。

（编辑：李大同）

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