2020年8月23日

更新丢失、写偏、幻读：数据库事务从快照隔离到可序列化（一，二，三，番外）

我发现，很多时候，人类学习（其实机器学习更是如此）新概念的难度来自于作为参考的案例不多。

为了讲清楚快照隔离（snapshot ioslation）相对于可序列化（serializable）可能产生的问题，我想多举几个例子，再针对它们的相同和不同之处进行讨论。所以这一篇全都是例子，等下一篇再分析。

出自卡内基梅隆大学高级数据库系统（15-721 Advanced Database Systems）课程对写偏（write skew）的解释。

有四个棋子分别为黑、黑、白、白。

事务甲：把所有白色棋子变成黑色。
事务乙：把所有黑色棋子变成白色。

每个事务要做的事情都是：第一步，查找所有白（黑）色棋子；第二步，把找到的棋子改成黑（白）色。

如果是可序列化隔离级别，可以假装两个事务先后发生，最后结果要不是全黑，要不是全白。

但在快照隔离下，如果两个事务都是在对方做第二步之前就做了自己的第一步，事务甲会把那两个原先黑的改成白的，事务乙把那两个原先白的改成黑的，最后变成了白、白、黑、黑。这是在两个事务先后时不可能出现的情况。

出自《数据密集型应用系统设计》。

值班系统记录了每个医生分别是否在值班。为了保证至少有一位医生在值班，当一个医生要下班时，会运行这样一个事务：

查找有多少医生正在值班，如果数量大于1，可以把这个医生改为下班，否则不行。

假如现在有两个医生正在值班，她们近乎同时想要下班。

快照隔离下，两个医生分别使用一个事务，两个事务有可能同时查找有多少医生正在值班，等它们都得到了结果（结果都是2）之后，才分别改为下班。这样，值班的医生就一个都没有了。

而在可序列化下两个事务先后进行就不会出现这样的问题。

也出自《数据密集型应用系统设计》。

一个网站的用户管理系统，规定每个用户都要用独一无二的用户名。

假设这个表的主键（primary key）就是用户名。当有一个用户要创建账号时，会有个事务先查找是否有这个用户名的记录，如果没有，就可以创建。

跟例2一样，在快照隔离下，可能两个同时发生的事务想创建相同的用户名，它们查找时都发现这个账号不存在，便重复为这个用户名创建了账号。后果可能是一个账号的信息覆盖了另一个。

我在例3的基础上稍加创作。

因为疫情，霍格沃茨今年将入学的方式改成了使用门钥匙。但为了有足够的时间做核酸检测和隔离，要求每个学生入学时间至少相差60秒。学生可以在魔法部门钥匙办公室的系统申请入学时间，时间可以精确到比纳秒还小。

为了实现这个需求，魔法部使用了一个有序的（而不是基于哈希的）数据库，在其中用入学时间作为主键。

每当有学生申请一个入学时间，就有个事务会范围搜索（range query）在它前后各60秒的范围内是否有其它人入学，如果没有才能成功创建。

某对调皮的双胞胎不想分开入学，就几乎同时申请了几乎同时的入学时间。在快照隔离下，两个事务有可能会都没看到对方插入的记录，从而让两条记录都创建成功。

例子终于讲完了，下面请移步至第三篇看我对这四个例子的分析。