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Dr. Heidrun Bethge Datenbanken II 1

Transaktionen


Bsp. für Notwendigkeit von Transaktionen

INSERT INTO auftrag (aufnr, kundennr) VALUES (111,333);

INSERT INTO auftragdetails (aufnr, artikelnr, anzahl) VALUES (111,3456,4);

UPDATE artikel SET anzahl_auf_lager=234 WHERE artikelnr=3456;


Was ist eine Transaktion?

• Eine Transaktion ist eine ununterbrechbare Folge von DML-Befehlen, welche die Datenbank von einem logisch konsistenten Zustand in einen neuen logisch konsistenten Zustand überführt.

• Die Datenbank braucht nur vor und nach einer Transaktion in einem zulässigen Zustand zu sein.


ACID-Prinzip• Atomicity: Atomarität. Eine Transaktion wird

entweder ganz oder gar nicht ausgeführt.• Consistency: Konsistenz. Transaktionen sind die

Einheiten der Integritätsüberwachung. Nach einer Transaktion müssen alle Integritätsbedingungen erfüllt sein.

• Isolation: Parallel laufende Transaktionen sind isoliert und können sich nicht gegenseitig be-einflussen. Ein Nutzer sollte immer den Eindruck haben, dass er allein mit der DB arbeitet.

• Durability: Dauerhaftigkeit. Sobald eine Transaktion ihre Änderungen freigegeben hat, muss das System das Überleben dieser Änderungen trotz beliebiger (erwarteter) Fehler garantieren (Persistenz).


Transaktionsbefehle• BEGIN / BOT (Begin of Transaction):

Beginn einer Transaktion. Wird von einigen DBMS implizit gesetzt.

• COMMIT / EOT (End of Transaction):Die Transaktion soll erfolgreich beendet werden.

• ROLLBACK / ABORT: Die Transaktion wird abgebrochen. Alle bereits in ihr durchgeführten Aktionen werden rückgängig gemacht.

Ende der Transaktion

Für das Ende einer Transaktion gibt es nur zwei Möglichkeiten:

• COMMIT; Erfolgreich beendet.

• ROLLBACK;Nicht erfolgreich beendet.



Abschluss von Transaktionen• Der User setzt ein COMMIT oder ROLLBACK selbst

ab.• Vor und nach jedem DDL-Befehl wie z.B. CREATE,

ALTER, DROP, RENAME wird vom DBMS ein implizites COMMIT abgesetzt.

• Hardware- oder Laufzeitfehler können zu einem Rollback führen.

• Das DBMS kann Transaktionen zurückrollen, wenn sie z.B. bei Beendigung Konsistenzbedingungen verletzen oder in ein Deadlock laufen.

• wird eine neue Transaktion eingeleitet, während eine andere noch offen ist, so wird die offene Transaktion automatisch durch COMMIT abgeschlossen.


Automatische Sperren bei Transaktionen

• Ist eine Transaktion aktiv, kann eine andere Transaktion keine Operationen durchführen, die Datensätze der aktiven Transaktion betreffen. Dies gilt, sofern auf diesen Datensätzen von der offenen Transaktion bereits geschrieben wurde. Diese Kommandos werden blockiert.

• Jedoch: Standard-Sperrlevel von DBMS erfüllen NICHT vollständig das ACID-Prinzip! → Sperren von Hand setzen.


Transaktion 1 Transaktion 2select * from testdaten;

update testdaten set wert=11

where id=1;

select * from testdaten; select * from testdaten;

update testdaten set wert = 22 where id=1;

commit;


rollback;


Beispiel Transaktion


Transaktionen im Mehrbenutzerbetrieb

• Fehler durch gleichzeitigen Zugriff mehrerer Benutzer auf dieselben Daten

• mehrere Transaktionen laufen parallel und behindern sich ggf. gegenseitig

• → nebenläufige konkurrierende Prozesse


Inkonsistentes Lesen: Nonrepeatable Read

• X = A + B +C am Ende der Transaktion T1• Integritätsbedingung A + B + C = 0

Lesen inkonsistenter ZuständeIntegritätsbedingung X + Y = 0


T1 T2

read(X,x);

read(Y,y);

x=x+1;

write(X,x);

y=y-1;

read(X);

read(Y);

write(Y,y);

commit;


Dirty Read

• Lesen nicht freigegebener, ungültiger Daten


Verlorengegangenes Ändern: Lost Update


Mehrbenutzer-Anomalie• Integritätsbedingung A = B


Das Phantom-Problem


Probleme bei Cursor-Referenzen

Transaktions-Sperrlevel in SQLSperrlevel der nächsten Transaktion:

set transaction

[read only, |read write,]

[isolation level

read uncommitted, |

read committed, |

repeatable read, |

serializable]

Sperrlevel innerhalb dieser Session:

alter session set isolation_level serializable;

Sperrlevel• read uncommitted

Erlaubt Lesen nicht committeter Daten.Read only.

• read committedErlaubt nur Lesen von committeten Daten. Non Repeatable Read-Problem besteht.

• repeatable readNon Repeatable Read-Problem behoben, jedoch Phantom-Problem nicht.

• serializableStärkste Stufe, garantiert Serialisierbarkeit.ACID-Prinzip wird erfüllt.


Auswirkungen der Isolationsstufen

Level dirty read non repeatable read / lost update

Phantomproblem

read uncommitted

ist möglich

ist möglich ist möglich

read committed

nein ist möglich ist möglich

repeatable read

nein nein ist möglich

serializable nein nein nein


Sperren• shared lock: read lock (S)• exclusive lock: write lock (X)

Kompatibilitätsmatrix

X S -

X N N J

S N J J

- J J J

von T1 gehaltene Sperre

von

T2

gepl

ante

S

perr

e


Regeln für Sperren• Eine Transaktion, welche einen Datensatz lesen will,

muss diesen zunächst mit einem S- oder X-Lock versehen.

• Eine Transaktion, welche einen Datensatz ändern will, muss diesen zunächst mit einem X-Lock versehen.

• Ein S-Lock kann durch die gleiche Transaktion durch ein X-Lock erweitert werden.

• Liegt auf einem Objekt ein X-Lock, kann durch die gleiche Transaktion kein S-Lock auf dieses Objekt gesetzt werden.

• Wird einer Transaktion A eine Sperre verweigert, da bereits anderweitig eine Sperre besteht, so geht A in Wartestellung (Wartezeit ist begrenzt).

• Sperren werden in der Regel bis zum Ende der Transaktion gehalten. COMMIT löst alle bestehenden Sperren.


Sperren in DBMS• X-Lock wird vom DBMS automatisch beim Schreiben

auf die zu ändernden Datensätze gesetzt.• SELECT setzt keine Sperren.• SELECT ... FOR UPDATE

versieht die Ergebnisdatensätze mit einem X-Lock und den Rest der Tabelle mit einem S-Lock.

• Lesezugriffe sind auch dann möglich wenn auf den Daten ein S- oder X-Lock liegt.

• LOCK TABLE tabelle IN SHARE MODE• LOCK TABLE tabelle IN EXCLUSIVE MODE• Datenbanksysteme unterscheiden in der Praxis noch

weitere Sperrtypen.


Beispiel Sperren IT1 T2

write(A)

read(A)

rollback

T1 T2

X-Lock Awrite(A)

Anfrage: S-Lock A(read(A))

wait rollback(löst X-Lock(A))

resume: S-Lock(A)read(A)

Dirty Read


Beispiel Sperren II

T1 T2

read(A)

read(B)

write(B)

write(A)

T1 T2

S-Lock(A)read(A)

S-Lock(B)read(B)

X-Lock(B)(write(B))

wait X-Lock(A)(write(A))

wait wait

vorher: lost updatenachher: deadlock-> eine der beiden Transaktionen bekommt rollback„deadlock victim“


DEADLOCKS• Deadlocks sind Fälle, in denen sich zwei

oder mehr Prozesse gegenseitig blockieren und jeder auf das Ende der Transaktion eines anderen Prozesses wartet.

• Das DBMS erkennt automatisch Deadlock-Situationen und führt bei dem Prozess, der den Deadlock ausgelöst hat, ein ROLLBACK aus. (Oracle: nur der letzte Transaktionsschritt wird rückgängig gemacht)


Beispiel DEADLOCKTransaktion 1 Transaktion2

sperrt A sperrt B

versucht B zu sperren versucht A zu sperren

begin; begin;

select * from testdaten select * from testdaten

where id=1 where id=2

for update of wert; for update of wert;

update testdaten update testdaten

set wert=100 set wert=50

where id=2; where id=1;

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