Уровни изолированности в ANSI SQL
Разработчики ANSI SQL дали такое определение изолированности, которое допускает широкий спектр механизмов реализации, не только механизм блокировки. Они определили изолированность с помощью следующих трех феноменов (phenomena):
P1 (грязное чтение, Dirty Read): Транзакция T1 модифицирует некоторый элемент данных. После этого другая транзакция T2 читает содержимое этого элемента данных до того, как транзакция T1 выполняет операцию COMMIT (фиксируется) или ROLLBACK
(откатывается). Если T1 затем завершается операцией ROLLBACK, то получается, что транзакция T2 прочитала элемент данных, который никогда не фиксировался и, значит, никогда реально не существовал.
P2 (неповторимое, или размытое чтение, Non-repeatable or Fuzzy Read): Транзакция T1 читает некоторый элемент данных. После этого другая транзакция T2 модифицирует или удаляет этот элемент данных и фиксируется. Если T1 после этого попытается прочитать этот элемент данных снова, то она получит другое значение или обнаружит, что элемент данных больше не существует.
P3 (фантомы, Phantom): Транзакция T1 читает набор элементов данных, удовлетворяющих некоторому условию <search condition>. После этого транзакция T2
создает элемент данных, удовлетворяющий этому условию, и фиксируется. Если транзакция T1 повторит чтение с тем же условием <search condition>, то получит уже другой набор данных, отличный от полученного в первый раз.
Ни один из этих феноменов не может произойти в последовательной истории. Поэтому, по теореме о сериализуемости, они не могут произойти и в сериализуемой истории [EGLT, BHG Теорема 3.6, GR Раздел 7.5.8.2, PON Теорема 9.4.2].
Истории, состоящие из операций чтения, записи, фиксации и отката, могут быть записаны в сокращенной нотации: "w1[x]" обозначает операцию записи транзакции 1 в элемент данных x (таким образом данные "модифицируются"), а "r2[x]" представляет операцию чтения x в транзакции 2. Операции чтения и записи в транзакции 1 множества записей, удовлетворяющих предикату P, обозначаются r1[P] и w1[P] соответственно. Фиксация (COMMIT) и откат (ROLLBACK) транзакции 1 обозначаются "c1" и "a1" соответственно.
Феномен P1 может быть переформулирован как запрет на следующего сценария:
(2.1) w1[x]...r2[x]... (a1 и c2 в любом порядке)
Словесное определение феномена P1 неоднозначно. Оно в действительности не настаивает на том, чтобы T1 заканчивалась аварийным образом, а только утверждает, что если это произойдет, то может случиться что-то плохое. Некоторые люди интерпретируют P1 как:
(2.2) w1[x]...r2[x]... ((c1 или a1) и (c2 или a2) в любом порядке)
Если запретить P1 в варианте (2.2), то не будет допускаться любая история, в которой T1 модифицирует элемент данных x, а затем T2 читает элемент данных x до того как T1 зафиксируется или откатится. Не требуется, чтобы T1 завершалась аварийно, или чтобы T2 фиксировалась.
Определение (2.2) является намного более свободной интерпретацией P1, чем (2.1), поскольку оно запрещает все четыре возможных варианта пар фиксация-откат транзакций T1 и T2, когда в (2.1) запрещаются только две пары из четырех. Интерпретация (2.2) феномена P1 запрещает все варианты последовательности выполнения, в которых что-то аномальное могло бы произойти в будущем. Мы называем интерпретацию (2.2) свободной интерпретацией P1, а (2.1) – строгой интерпретацией
P1. Интерпретация (2.2) определяет феномен, который может привести к аномалии, а (2.1) определяет реальную аномалию. Обозначим их P1 и A1 соответственно. Тогда:
P1: w1[x]...r2[x]... ((c1 или a1) и (c2 или a2) в любом порядке) A1: w1[x]...r2[x]... ((a1 и c2) в любом порядке)
Аналогично, словесные определения феноменов P2 и P3 тоже имеют свободную и строгую интерпретации. Обозначим свободные интерпретации через P2 и P3, а строгие через A2 и A3:
P2: r1[x]...w2[x]... ((c1 или a1) и (c2 или a2) в любом порядке) A2: r1[x]...w2[x]...c2...r1[x]...c1 P3: r1[P]...w2[y in P]... ((c1 или a1) и (c2 или a2) в любом порядке) A3: r1[P]...w2[y in P] ...c2...r1[P]...c1
В третьем разделе все варианты интерпретаций феноменов рассматриваются более подробно. Аргументируется необходимость выбора свободных интерпретаций. Заметим, что в словесном ANSI SQL определении феномена P3 после чтения множества элементов данных, удовлетворяющих предикату P, запрещается только вставлять данные, которые попадают в область действия этого предиката, а в определении P3, которое было приведено выше, запрещается производить любую операцию записи (вставку, обновление, удаление), влияющую на кортеж, который удовлетворяет предикату.
Далее в статье рассматривается концепция многозначной истории (multi-valued history, MV-история, см. [BHG], Глава 5). Если не вдаваться в детали, в многоверсионной системе может одновременно существовать несколько версий одного элемента данных. При каждом чтения должно быть совершенно ясно, какую версию данных следует читать. Известны попытки связать определения изолированности ANSI с многоверсионными системами, а также с более распространенными одноверсионными системами (single-version) (SV-истории) стандартного блокировочного планировщика. Тем не менее, словесные определения феноменов P1, P2 и P3 подразумевают одноверсионные истории. В следующем разделе показано, как мы их интерпретируем.
В таблице 1 приводятся четыре уровня изолированности, определенные в ANSI SQL. Каждый уровень изолированности характеризуется соответствующим феноменом, который не должен быть свойственен поведению транзакций на данном уровне (в строгой или свободной интерпретации). Однако сериализуемый уровень изолированности в ANSI SQL не определяется только в терминах феноменов. В подразделе 4.28 "SQL-транзакции" [ANSI] отмечается, что на уровне изолированности SERIALIZABLE должно обеспечиваться поведение, которое "общеизвестно как полностью сериализуемое выполнение". Анализируя верхнюю часть таблицы и принимая во внимание эту оговорку, обычно приходят к распространенному заблуждению, что запрет всех трех феноменов приведет к сериализуемости. Истории, исключающие три указанных феномена, в таблице 1 называются аномально сериализуемыми (ANOMALY SERIALIZABLE).
Таблица 1. Уровни изоляции ANSI SQL в терминах трех исходных феноменов
|
Уровень изолированности |
Р1 (или А1) грязное чтение (Dirty Read) |
Р2 (или А2) размытое чтение (Fuzzy Read) |
Р3 (или А3) фантом (Phantom) |
|
ANSI НЕЗАФИКСИРОВАННОЕ ЧТЕНИЕ (ANSI READ UNCOMMITTED) |
возможно |
возможно |
возможен |
|
ANSI НЕЗАФИКСИРОВАННОЕ ЧТЕНИЕ (ANSI READ UNCOMMITTED) |
невозможно |
возможно |
возможно |
|
ANSI ПОВТОРИМОЕ ЧТЕНИЕ (ANSI REPEATABLE READ) |
невозможно |
невозможно |
возможен |
|
АНОМАЛЬНАЯ СЕРИАЛИЗУЕМОСТЬ (ANOMALY SERIALIZABLE) |
невозможно |
невозможно |
невозможен |
уровни изолированности (в которые не допускается большее количество историй). В третьем разделе показано, что даже если мы берем свободные интерпретации P1, P2 и P3 и запрещаем эти феномены, то мы все равно не получим истинной сериализуемости.
Было бы проще оотказаться в [ANSI] от P3 и использовать для определения ANSI0-сериализуемости подраздел 4.28. В представлен только промежуточный результат, окончательный результат будет представлен в .
