國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫與Oracle數(shù)據(jù)庫事務(wù)差異分析

作者：大唐小少 2025-04-08 06:00:00

數(shù)據(jù)庫中的ACID是事務(wù)的基本特性，而在Oracle等數(shù)據(jù)庫遷移到國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫國產(chǎn)中，可能因?yàn)椴煌瑪?shù)據(jù)庫事務(wù)處理機(jī)制的不同，在遷移后的業(yè)務(wù)邏輯處理上存在差異。本文簡要介紹了事務(wù)的ACID屬性、事務(wù)的隔離級別、回滾機(jī)制和超時(shí)機(jī)制，并總結(jié)SAVEPOINT的使用，以總結(jié)。

1、數(shù)據(jù)庫中事務(wù)基本概念

事務(wù)是數(shù)據(jù)庫中的基本邏輯操作單元，由一組不可分割的數(shù)據(jù)庫操作序列組成，這些操作要么全部成功執(zhí)行，要么全部失敗回滾。其核心目的是確保數(shù)據(jù)的完整性和一致性，尤其在并發(fā)操作或系統(tǒng)故障時(shí)維護(hù)數(shù)據(jù)庫的可靠狀態(tài)。

1.1 事務(wù)基本屬性

ACID是事務(wù)的基本特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）和持久性（Durability）。

原子性：事務(wù)中的所有操作必須作為一個(gè)整體執(zhí)行，要么全部執(zhí)行成功、要么全部失敗回滾，不允許出現(xiàn)部分成功的情況。在數(shù)據(jù)庫中通常是通過日志記錄（如undo log）來實(shí)現(xiàn)回滾操作，若事務(wù)執(zhí)行失敗，系統(tǒng)跟進(jìn)日志撤銷已執(zhí)行的操作。
一致性：事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)庫必須保持一致性狀態(tài)。所有數(shù)據(jù)必須滿足預(yù)定義的完整性約束（如主鍵、外鍵、唯一性約束等）。即使事務(wù)失敗，數(shù)據(jù)庫也不能破壞這些規(guī)則。在數(shù)據(jù)庫中通過一些約束和檢查來確保數(shù)據(jù)庫的完整性約束。
隔離性：多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)，每個(gè)事務(wù)的操作應(yīng)與其他事務(wù)相互隔離，使得每個(gè)事務(wù)感覺不到其他事務(wù)的存在，最終效果應(yīng)與事務(wù)串行執(zhí)行的結(jié)果一致。數(shù)據(jù)庫中通過鎖機(jī)制（Locking）或多版本并發(fā)控制（MVCC）實(shí)現(xiàn)，不同的隔離級別提供不同程度的隔離性。
持久性：事務(wù)一旦提交，其對數(shù)據(jù)庫的修改就是永久性的，即使系統(tǒng)發(fā)生故障（如斷電、崩潰），修改也不會丟失。數(shù)據(jù)庫中通過重做日志（Redo Log）實(shí)現(xiàn)持久性。提交事務(wù)時(shí)，對數(shù)據(jù)的修改首先寫入日志，再異步寫入數(shù)據(jù)庫文件中。當(dāng)數(shù)據(jù)庫崩潰恢復(fù)時(shí)，通過重放日志恢復(fù)數(shù)據(jù)。

以轉(zhuǎn)賬交易為例，通過undo日志實(shí)現(xiàn)原子性，確?！翱劭睢焙汀按婵睢眱蓚€(gè)操作要么全部成功，要么全部失??；一致性是確保轉(zhuǎn)賬前后，數(shù)據(jù)庫必須滿足業(yè)務(wù)規(guī)則（如余額不為負(fù)、總額不變）；通過鎖機(jī)制和MVCC多版本并發(fā)控制來實(shí)現(xiàn)事務(wù)的隔離性，多個(gè)并發(fā)轉(zhuǎn)賬操作互不干擾，結(jié)果與串行執(zhí)行一致；持久性則是一旦轉(zhuǎn)賬成功，即使系統(tǒng)崩潰，修改也不會丟失。

BEGIN TRANSACTION;
-- 1. 檢查一致性：用戶A余額是否足夠（一致性）
SELECT balance FROM accounts WHERE user = 'A' FOR UPDATE;
-- 如果余額 < 100，拋出錯(cuò)誤并回滾
-- 2. 扣款（原子性）
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE user = 'A';
-- 3. 存款（原子性）
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE user = 'B';
-- 4. 提交（持久性）
COMMIT;

1.2 事務(wù)隔離級別

事務(wù)隔離級別是數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理的基礎(chǔ)，SQL-92標(biāo)準(zhǔn)定義了4種隔離級別：讀未提交(READ UNCOMMITTED)、讀已提交(READ COMMITTED)、可重復(fù)讀(REPEATABLE READ)、串行化(SERIALIZABLE)。詳見下表：

不同的隔離級別有不同的現(xiàn)象，并有不同的鎖和并發(fā)機(jī)制。隔離級別越高，數(shù)據(jù)庫的并發(fā)性能就越差。

1.2.1 臟讀/不可重復(fù)讀/幻讀現(xiàn)象

1）臟讀A事務(wù)讀取B事務(wù)尚未提交的更改數(shù)據(jù)，并在這個(gè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作，這時(shí)候如果事務(wù)B回滾，那么A事務(wù)讀到的數(shù)據(jù)是不被承認(rèn)的。

2）不可重復(fù)讀不可重復(fù)讀是指在同一個(gè)事務(wù)中，同一個(gè)查詢在T1時(shí)刻讀取一行數(shù)據(jù)，在T2時(shí)刻重新讀取這一行數(shù)據(jù)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)這一行數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)生了修改（被更新或者刪除）。假如A在取款事務(wù)的過程中，B往該賬戶轉(zhuǎn)賬100，A兩次讀取的余額發(fā)生不一致。

3）幻讀幻讀是指在同一個(gè)事務(wù)中，當(dāng)同一個(gè)查詢多次執(zhí)行的時(shí)候，由于其它插入操作的事務(wù)提交，會導(dǎo)致每次返回不同的結(jié)果集。不可重復(fù)讀和幻讀的區(qū)別是：前者是指讀到了已經(jīng)提交的事務(wù)的更改數(shù)據(jù)(修改或刪除)，后者是指讀到了其他已經(jīng)提交事務(wù)的新增數(shù)據(jù)。

1.2.2 行鎖模式

Share：lock owner和任何并發(fā)程序可以read但是不能change locked page或row，并發(fā)程序可能獲得S-lock、U-lock，也可能沒有l(wèi)ock就進(jìn)行讀操作
Update：lock owner可read但是不能change locked page或row，但是owner可以將U-lock升級為X-lock這樣就可以修改page或row

升級為X-lock這個(gè)過程可能會引起其它S-lock的并發(fā)進(jìn)程暫停在那
當(dāng)lock owner讀數(shù)據(jù)的時(shí)候并決定是否需要修改它的時(shí)候，U-lock會減少deadlocks的幾率

Exclusive：只有l(wèi)ock owner才能read或change locked page或row，并發(fā)程序只有當(dāng)程序處于UNCOMMITTED read isolation的時(shí)候才能訪問數(shù)據(jù)
Lock mode compatibility，見下表

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比如說User A對page hold住S-lock，如果User B想對page請求X-lock，則User A的lockmode會拒絕User B的請求。

1.2.3 隔離級別

1）讀未提交（Read Uncommitted）讀未提交，就是一個(gè)事務(wù)可以讀取另一個(gè)未提交事務(wù)的數(shù)據(jù)，也稱為臟讀。在讀數(shù)據(jù)時(shí)候不加鎖，寫數(shù)據(jù)時(shí)候加行級別的共享鎖，提交時(shí)釋放鎖。行級別的共享鎖，不會對讀產(chǎn)生影響，但是可以防止兩個(gè)同時(shí)的寫操作

2）讀已提交（Read Committed）讀提交，就是一個(gè)事務(wù)要等另一個(gè)事務(wù)提交后才能讀取它的數(shù)據(jù)，否則是讀取不到另外一個(gè)事務(wù)的更改的數(shù)據(jù)。事務(wù)讀取數(shù)據(jù)（讀到數(shù)據(jù)的時(shí)候）加行級共享S鎖，讀完釋放；事務(wù)寫數(shù)據(jù)時(shí)候（寫操作發(fā)生的瞬間）加行級獨(dú)占X鎖，事務(wù)結(jié)束釋放。由于事務(wù)寫操作加上獨(dú)占X鎖，因此事務(wù)寫操作時(shí)，讀操作也不能進(jìn)行，因此，不能讀到事務(wù)的未提交數(shù)據(jù)，避免了臟讀的問題。但是由于，讀操作的鎖加在讀上面，而不是加在事務(wù)之上，所以，在同一事務(wù)的兩次讀操作之間可以插入其他事務(wù)的寫操作，所以可能發(fā)生不可重復(fù)讀的問題。

3）可重復(fù)讀（Repeatable Read）當(dāng)事務(wù)隔離級別為可重復(fù)讀時(shí)，只能讀到該事務(wù)啟動(dòng)時(shí)已經(jīng)提交的其他事務(wù)修改的數(shù)據(jù)，未提交的數(shù)據(jù)或在事務(wù)啟動(dòng)后其他事務(wù)提交的數(shù)據(jù)是不可見的。對于本事務(wù)而言，事務(wù)語句可以看到之前的語句做出的修改。事務(wù)讀取數(shù)據(jù)在讀操作開始的瞬間就加上行級共享S鎖，而且在事務(wù)結(jié)束的時(shí)候才釋放。但是，由于加的是行級別的鎖，仍然可能發(fā)生幻讀的問題。

4）序列化（Serialization）最嚴(yán)格的隔離級別，強(qiáng)制事務(wù)串行執(zhí)行，使之不可能沖突，從而解決幻讀的問題，資源消耗最大。在讀操作時(shí)，加表級共享鎖，事務(wù)結(jié)束時(shí)釋放；寫操作時(shí)候，加表級獨(dú)占鎖，事務(wù)結(jié)束時(shí)釋放。在這個(gè)級別，可能會導(dǎo)致大量的鎖超時(shí)和鎖競爭現(xiàn)象，實(shí)際上也很少用到。

1.2.4 不同數(shù)據(jù)庫隔離級別

不同數(shù)據(jù)庫支持的隔離級別也不同

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Oracle數(shù)據(jù)庫支持讀已提交和序列化，默認(rèn)隔離級別為Read Committed，通過通過多版本并發(fā)控制（MVCC）避免臟讀，但存在不可重復(fù)讀和幻讀。
MySQL數(shù)據(jù)庫支持四種隔離級別，默認(rèn)為可重復(fù)讀，通過MVCC和間隙鎖來減少幻讀問題。
MySQL數(shù)據(jù)庫支持四種隔離級別，默認(rèn)為Read Committed
OceanBase（for Oracle）模式支持讀已提交和序列化，默認(rèn)為Read Committed
TiDB支持讀已提交、可重復(fù)讀和序列化，默認(rèn)為Repeatable Read，其實(shí)在TiDB中實(shí)現(xiàn)是快照隔離，類似可重復(fù)讀；
GoldenDB兼容MySQL的隔離機(jī)制，支持4種隔離級別，但是默認(rèn)的級別是Read Committed，也是并發(fā)和一致性平衡的結(jié)果；
GaussDB支持Read Committed和Repeatable Read，默認(rèn)隔離級別是Read Committed

1.3 事務(wù)回滾機(jī)制

事務(wù)的原子性要求事務(wù)要么全部執(zhí)行成功、要么全部執(zhí)行失敗回滾，但是對于Oracle數(shù)據(jù)庫支持語句級的原子性，也就是一個(gè)事務(wù)中單個(gè)語句執(zhí)行失敗，則只會回滾該語句執(zhí)行的操作，不會導(dǎo)致在當(dāng)前事務(wù)中丟失之前的任何工作。如果需要回滾整個(gè)事務(wù)，需要處理錯(cuò)誤并且主動(dòng)調(diào)用ROLLBACK。這種語句級的回滾對于處理一些長時(shí)間運(yùn)行的批處理任務(wù)有用，邏輯上希望能夠處理錯(cuò)誤，不需要回滾已經(jīng)完成的所有操作。

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不過從Oracle數(shù)據(jù)庫遷移到國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫中，大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫在事務(wù)的回滾機(jī)制上并不支持語句級別的，因此需要通過采用SAVEPOINT保存點(diǎn)的方式。使用SAVEPOINT雖然可以解決語句級別功能上的需求，但是不合理的使用可能引發(fā)其它問題。

1.4 事務(wù)超時(shí)機(jī)制

數(shù)據(jù)庫中事務(wù)會設(shè)置不同的超時(shí)機(jī)制，防止因?yàn)槌霈F(xiàn)等鎖而出現(xiàn)無限等待，超過這個(gè)時(shí)間后會出現(xiàn)等鎖超時(shí)，事務(wù)會回滾。

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Oracle數(shù)據(jù)庫：默認(rèn)不會主動(dòng)終止因行鎖等待而阻塞的事務(wù)，事務(wù)會無限期等待鎖釋放，需由應(yīng)用層處理或手動(dòng)終止，行鎖在事務(wù)提交或回滾是自動(dòng)釋放；事務(wù)默認(rèn)也無超時(shí)設(shè)置，但是可以限制會話的空閑時(shí)間，超過時(shí)間后會斷開鏈接。
MySQL數(shù)據(jù)庫：通過 innodb_lock_wait_timeout 控制，默認(rèn)為50秒。當(dāng)事務(wù)等待鎖超過此時(shí)間時(shí)，會拋出錯(cuò)誤；事務(wù)中無默認(rèn)超時(shí)時(shí)間，但是連接的空閑超時(shí)設(shè)置wait_timeout，默認(rèn)8小時(shí)。
PostgreSQL：通過pg_lock_timeout設(shè)置行鎖等待超時(shí)時(shí)間，默認(rèn)為0無限等待；事務(wù)中設(shè)置statement_timeout 控制單條SQL執(zhí)行時(shí)間，默認(rèn)無限制。
TiDB：兼容MySQL行鎖等待設(shè)置；如果是悲觀事務(wù)，默認(rèn)TTL（Time-To-Live）為 1小時(shí)，超時(shí)后自動(dòng)回滾，另外通過tidb_idle_transaction_timeout 控制空閑事務(wù)。
OceanBase：MySQL模式下兼容MySQL設(shè)置；事務(wù)中通過 ob_query_timeout 控制事務(wù)單條語句執(zhí)行時(shí)間，默認(rèn)1800s
GoldenDB：兼容MySQL設(shè)置
GaussDB：參數(shù)lockwait_timeout控制單個(gè)鎖的最長等待時(shí)間，當(dāng)申請的鎖等待時(shí)間超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會報(bào)錯(cuò)，默認(rèn)為20min；通過通過 statement_timeout 控制單個(gè)語句執(zhí)行時(shí)長，默認(rèn)0表示不控制。

1.5 如何使用SAVEPOINT

前文提到Oracle數(shù)據(jù)庫中支持語句級別的回滾，在遷移到國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫后，為了兼容Oracle數(shù)據(jù)庫這個(gè)特性，很多數(shù)據(jù)庫支持SAVEPOINT機(jī)制。SAVEPOINT是事務(wù)中的一個(gè)邏輯標(biāo)記點(diǎn)，用于標(biāo)識事務(wù)執(zhí)行到某個(gè)特定位置的狀態(tài)。通過ROLLBACK TO SAVEPOINT可以回滾到該標(biāo)記點(diǎn)，撤銷該點(diǎn)之后的所有操作，但保留該點(diǎn)之前的操作。SAVEPOINT可以提供細(xì)粒度的事務(wù)控制，避免因整個(gè)事務(wù)回滾導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。對于一些復(fù)雜或長時(shí)間運(yùn)行的事務(wù)中，可以分階段提交或回滾操作。

BEGIN
  INSERT INTO orders (id, amount) VALUES (1, 100);
  SAVEPOINT sp1;  -- 設(shè)置保存點(diǎn)sp1
  UPDATE inventory SET stock = stock - 1 WHERE product_id = 101;
  SAVEPOINT sp2;  -- 設(shè)置保存點(diǎn)sp2
  -- 假設(shè)此處發(fā)生錯(cuò)誤
  ROLLBACK TO sp1;  -- 回滾到sp1，撤銷UPDATE操作
  COMMIT;           -- 提交事務(wù)（僅保留INSERT操作）
END;

但是在一個(gè)長事務(wù)中不規(guī)范的使用SAVEPOINT可能會導(dǎo)致實(shí)例內(nèi)存上漲、事務(wù)執(zhí)行時(shí)間異常的問題。比如在Oracle數(shù)據(jù)庫中的一個(gè)游標(biāo)查詢語句，每1K筆執(zhí)行一次，遷移到GaussDB之后，URL串中指定了autosave參數(shù)，這樣在每次游標(biāo)訪問時(shí)候都會執(zhí)行一次SAVEPOINT動(dòng)作，原來幾分鐘的任務(wù)可能幾個(gè)小時(shí)都執(zhí)行不完，出現(xiàn)很多SAVEPOINT等待事件，并且數(shù)據(jù)庫實(shí)例的內(nèi)存逐漸上漲。

那么對于一些復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景，如何合理的使用SAVEPOINT？

禁止自動(dòng)設(shè)置SAVEPOINT，只在必要時(shí)設(shè)置SAVEPOINT，如在數(shù)據(jù)更新、復(fù)雜邏輯分支操作上設(shè)置；
將長事務(wù)拆分為多個(gè)小事務(wù)，每處理一定的數(shù)據(jù)后提交，以釋放資源；
避免在游標(biāo)循環(huán)中頻繁執(zhí)行SAVEPOINT，改用批量處理或分頁查詢；
及時(shí)回滾或釋放無用SAVEPOINT，在邏輯分支完成后，主動(dòng)回滾到最近的SAVEPOINT并釋放資源；
避免嵌套過深的SAVEPOINT：過多的嵌套SAVEPOINT會增加回滾段的復(fù)雜度。