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DBMS 中的事务管理

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事务管理是数据库管理系统（DBMS）的重要组成部分，它能确保用户对数据库进行的多个操作被视为单个工作单元。在该单元中，操作要么全部成功，要么全部失败，以确保数据库的一致性和完整性。使用事务管理，我们可以保证在数据库发生故障时，将数据库重置为唯一可靠状态。

以下是关于事务管理的完整攻略，包括以下内容：

  1. 什么是事务管理
  2. 事务的特性
  3. 事务的状态和转换
  4. 事务隔离级别
  5. 事务的提交和回滚
  6. 实例说明

1. 什么是事务管理

事务管理是 DBMS 的一种功能，用于在一个事务实例中执行多个数据库操作。它可以确保这些操作的一致性，并在失败时撤销这些操作，从而保护数据库免受恶意对数据库的操作。一组数据库操作构成一个事务，在执行完所有操作后，将整个事务一次性提交给 DBMS，如果其中一个操作失败，整个事务将被回滚，即所有操作都将被撤销。

2. 事务的特性

事务可以满足四个属性，通常称为 ACID(原子性，一致性，隔离性和持久性) 属性：

  • 原子性（Atomicity）- 当一组操作作为事务执行时，它们要么全部完成，要么全部终止。没有中间状态。

  • 一致性（Consistency）- 事务执行的结果应该保持数据库的一致性，确保数据的有效性和完整性，以及数据库架构的规范性。

  • 隔离性（Isolation）- 事务的执行应该与其他事务隔离，应当确保事务之间不会发生干扰。当一个事务正在处理数据时，其他事务应该不能修改或删除其中部分内容。

  • 持久性（Durability）- 事务完成后，所有修改的数据库必须持久保存，并不能由于系统崩溃或其他故障而丢失。

3. 事务的状态和转换

每个事务都是三个状态：活动、部分提交和失败。在事务执行期间，它会从一个状态转换到另一个状态，具体如下：

  • 活动 (Active)：事务正在活动状态，正在执行数据操作。

  • 部分提交 (Partially Committed)：当事务完成并提交到系统时，将进入这个状态。事务处于提交状态时系统可以将修改同步到磁盘或写入到持久性存储设备中。

  • 失败 (Failed)：如果事务在执行过程中出现错误，就会被标记为失败状态。

当事务处于活动状态时，可以执行读取和写入操作。只有读取操作不会影响事务的进度，所以事务被允许并发执行。当事务提交时，数据存储到数据库中。如果事务失败，则可以使用回滚操作撤销对数据库的修改。

4. 事务隔离级别

事务隔离级别描述了在同一时间的多个事务之间的隔离程度。这是基于并发访问数据库的情况。以下是四个标准事务隔离级别和它们的可见性的描述：

  • Serializable：最高隔离级别，以确保在事务运行的整个过程中没有任何其他事务与其交互，只有在所有并发事务都完成时才允许提交。

  • Repeatable Read：确保读取的数据在事务处理期间保持不变，即在当前事务处理完成之前，不允许其他事务更改相同的数据，但是这个隔离级别不会锁定除了读取的数据以外的其他数据。

  • Read Committed：确保读取到已经被提交的数据，但是随后可能有其他事务可以修改此数据。这个隔离级别可以减少锁定的数量， 允许其他事务修改一个只读事务读取的数据。

  • Read Uncommitted：这是最低的隔离级别，允许读取和修改和其他事务相同的数据。这个隔离级别造成的数据不一致性是非常明显的。

5. 事务的提交和回滚

当事务成功地执行到其数据修改功能的最后时，可以选择提交或回滚事务。 如果提交该事务，则所有部分提交的操作将记录在数据库中，并显示当前事务的完成状态。 如果回滚事务，则所有修改的数据将删除，并恢复其未修改的原始状态。提交和回滚的代码如下：

COMMIT; --提交当前事务

ROLLBACK; --回滚当前事务

6. 实例说明

下面的实例演示如何使用事务管理。首先，我们创建一个包含用户信息的表，然后定义一个存储过程来插入新用户：

CREATE TABLE Users (
    UserID INT IDENTITY(1,1),
    FirstName varchar(100),
    LastName varchar(100),
    Email varchar(100)
);

GO

CREATE PROCEDURE InsertUser
    @FirstName varchar(100),
    @LastName varchar(100),
    @Email varchar(100)
AS
BEGIN
    SET NOCOUNT ON;

    BEGIN TRY
        BEGIN TRANSACTION;

        INSERT INTO Users (FirstName, LastName, Email)
        VALUES (@FirstName, @LastName, @Email);

        COMMIT TRANSACTION;
    END TRY

    BEGIN CATCH
        ROLLBACK TRANSACTION;
    END CATCH

END
GO

接下来，我们将使用存储过程插入用户。如果执行插入操作时发生错误，我们必须回滚所有插入数据。

BEGIN TRAN
EXEC InsertUser 'David', 'Smith', 'david.smith@example.com'
EXEC InsertUser 'John', 'Doe', 'john.doe@example.com'
EXEC InsertUser 'Sam', 'Williams', 'sam.williams@example.com'
COMMIT TRAN

这个示例中，我们使用了BEGIN TRY和BEGIN CATCH语句块来处理异常。如果存储过程中发生了错误，将引发一个异常，然后继续执行下面的代码块。在这个代码块中，我们使用ROLLBACK TRANSACTION语句回滚事务，撤销所有对数据库的修改。这样就可以保证数据一致性。

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