pgsql-21 事务与ACID

2025-09-25 约 1706 字预计阅读 4 分钟

1. 概述

事务（Transaction）是数据库最核心的概念之一，也是面试必考。事务把一组操作打包成"要么全成功、要么全失败"的原子单元。本篇讲 ACID、隔离级别与并发异常、事务控制；底层的 MVCC 和锁分别见 MVCC多版本并发控制和锁机制详解。

2. ACID 特性

特性	含义	PostgreSQL 如何保证
A 原子性	全部成功或全部回滚	WAL + 事务回滚
C 一致性	事务前后满足约束/规则	约束 + 触发器 + 应用逻辑
I 隔离性	并发事务互不干扰	MVCC + 锁
D 持久性	提交后不丢失	WAL 落盘（见 WAL 篇）

-- 经典转账：两步必须同生同死
BEGIN;
    UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
    UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
COMMIT;   -- 任一步失败则 ROLLBACK，钱不会凭空消失或多出

3. 并发异常（隔离级别要解决的问题）

不加隔离时，并发事务会产生四类异常：

异常	说明
脏读	读到别的事务未提交的数据（对方可能回滚）
不可重复读	同一事务内两次读同一行，值不同（别人改并提交了）
幻读	同一事务内两次查同一范围，行数变了（别人插入/删除了）
丢失更新	两事务同时改一行，后提交的覆盖了先提交的

4. 四种隔离级别

隔离级别越高越安全、并发越低。SQL 标准定义了四级：

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
Read Uncommitted	可能	可能	可能
Read Committed	❌	可能	可能
Repeatable Read	❌	❌	可能(标准)/❌(PG)
Serializable	❌	❌	❌

4.1 PostgreSQL 的实现特点（面试重点）

-- 设置事务隔离级别
BEGIN ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
-- ...
COMMIT;

-- 查看当前默认
SHOW default_transaction_isolation;   -- read committed

三个关键点：

PG 默认是 Read Committed（每条语句取新快照）。
PG 没有真正的 Read Uncommitted：即使设置了也等同 Read Committed，永远不会脏读。
PG 的 Repeatable Read 已消除幻读（基于快照隔离，比 SQL 标准更强）；而 SQL 标准的 RR 仍允许幻读。

4.2 对比 MySQL（超高频）

维度	PostgreSQL	MySQL (InnoDB)
默认隔离级别	Read Committed	Repeatable Read
RR 下防幻读机制	MVCC 快照（天然无幻读）	Next-Key Lock（间隙锁）
Read Uncommitted	等同 RC（无脏读）	真支持（会脏读）
Serializable 实现	SSI 乐观检测冲突	加锁（悲观）

面试金句：

PostgreSQL 默认 Read Committed、MySQL 默认 Repeatable Read，这是两者最常被问到的差异。PG 在 RR 下用 MVCC 快照天然消除幻读，MySQL 则靠间隙锁防幻读——所以 MySQL RR 下范围操作容易产生间隙锁冲突/死锁，而 PG 没有间隙锁概念。

5. Serializable 与序列化失败

PG 的 Serializable 用 SSI（可串行化快照隔离），乐观地检测事务间的读写依赖环，发现可能破坏串行性时让一个事务失败：

BEGIN ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;
-- ...
COMMIT;   -- 可能报错: could not serialize access due to read/write dependencies

用 Serializable 时，应用必须准备好捕获序列化失败并重试。这是使用该级别的前提。

6. 事务控制与保存点

-- 保存点：部分回滚
BEGIN;
    INSERT INTO orders (...) VALUES (...);
    SAVEPOINT sp1;
    INSERT INTO order_items (...) VALUES (...);  -- 假设这步出错
    ROLLBACK TO sp1;                             -- 只回滚到 sp1，orders 保留
    INSERT INTO order_items (...) VALUES (...);  -- 重试
COMMIT;

-- 只读事务（优化 + 防误写）
BEGIN TRANSACTION READ ONLY;
    SELECT ...;
COMMIT;

6.1 自动提交

psql 和多数驱动默认 autocommit：不显式 BEGIN 时每条语句自成一个事务。显式 BEGIN...COMMIT 才把多条打包。

7. 并发控制最佳实践

事务尽量短：长事务钉住 MVCC 快照、阻止 VACUUM、占锁（见 VACUUM与表膨胀）。
避免 idle in transaction：开了事务不提交危害大。
按固定顺序访问资源防死锁。
高并发扣减用 SELECT ... FOR UPDATE（悲观）或版本号（乐观）。
用 Serializable 时务必实现失败重试。

7.1 乐观锁示例（版本号）

-- 读时记住 version，更新时校验，防丢失更新
UPDATE products SET stock = stock - 1, version = version + 1
WHERE id = 1 AND version = 5;   -- 影响行数为0说明被别人改过，需重试

8. 面试高频问答

Q1：ACID 分别是什么，PG 怎么保证？ 原子性（WAL+回滚）、一致性（约束+触发器）、隔离性（MVCC+锁）、持久性（WAL 落盘）。

Q2：PostgreSQL 和 MySQL 的默认隔离级别分别是什么？（最高频） PG 是 Read Committed，MySQL 是 Repeatable Read。

Q3：PG 的 Repeatable Read 有幻读吗？ 没有。PG 的 RR 基于快照隔离，天然消除幻读，比 SQL 标准更强；MySQL 靠间隙锁在 RR 下防幻读。

Q4：四种并发异常是什么？ 脏读（读未提交）、不可重复读（两次读同行值变）、幻读（两次读范围行数变）、丢失更新（后者覆盖前者）。

Q5：Serializable 用要注意什么？ PG 用 SSI 乐观检测冲突，事务可能因序列化失败被回滚，应用必须捕获错误并重试。

Q6：SAVEPOINT 有什么用？ 在事务内设保存点，出错时可 ROLLBACK TO 只回滚部分操作而不放弃整个事务。

9. 下一步

学习 MVCC多版本并发控制，深入理解隔离性的底层实现。

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