寫在前面:本節討論事務,事務是dbms最核心的技術之一.在計算機科學史上,有三位科學家因在資料庫領域的成就而獲acm圖靈獎,而其中之一jim gray(曾任職微軟)就是因為在事務處理方面的成就而獲得這一殊榮,正是因為他,才使得oltp系統在隨後直到今天大行其道.關於事務處理技術,涉及到很多,隨便就能寫一本書.在這裡我只討論sqlite事務實現的一些原理,sqlite的事務實現與大型通用的dbms相比,其實現比較簡單.這些內容可能比較偏於理論,但卻不難,也是理解其它內容的基礎.好了,下面開始第二節---事務.
2、 事務(transaction)
2.1、事務的週期(transaction lifecycles)
程式與事務之間有兩件事值得注意：
（1） 哪些物件在事務下執行——這直接與api有關。
（2） 事務的生命週期，即什麼時候開始，什麼時候結束以及它在什麼時候開始影響別的連線（這點對於併發性很重要）——這涉及到sqlite的具體實現。
乙個連線（connection）可以包含多個(statement)，而且每個連線有乙個與資料庫關聯的b-tree和乙個pager。pager在連線中起著很重要的作用，因為它管理事務、鎖、記憶體快取以及負責崩潰恢復(crash recovery)。當你進行資料庫寫操作時，記住最重要的一件事：在任何時候，只在乙個事務下執行乙個連線。這些回答了第乙個問題。
一般來說，乙個事務的生命和statement差不多，你也可以手動結束它。預設情況下，事務自動提交，當然你也可以通過begin..commit手動提交。接下來就是鎖的問題。
2.2、鎖的狀態(lock states)
鎖對於實現併發訪問很重要，而對於大型通用的dbms，鎖的實現也十分複雜，而sqlite相對較簡單。通常情況下，它的持續時間和事務一致。乙個事務開始，它會先加鎖，事務結束，釋放鎖。但是系統在事務沒有結束的情況下崩潰，那麼下乙個訪問資料庫的連線會處理這種情況。
在sqlite中有5種不同狀態的鎖，連線（connection）任何時候都處於其中的乙個狀態。下圖顯示了相應的狀態以及鎖的生命週期。
關於這個圖有以下幾點值得注意：
（1） 乙個事務可以在unlocked，reserved或exclusive三種狀態下開始。預設情況下在unlocked時開始。
（2） 白色框中的unlocked, pending, shared和 reserved可以在乙個資料庫的同一時存在。
（3） 從灰色的pending開始，事情就變得嚴格起來，意味著事務想得到排斥鎖(exclusive)（注意與白色框中的區別）。
雖然鎖有這麼多狀態，但是從體質上來說，只有兩種情況：讀事務和寫事務。
2.3、讀事務(read transactions)
我們先來看看select語句執行時鎖的狀態變化過程，非常簡單：乙個連線執行select語句，觸發乙個事務，從unlocked到shared，當事務commit時，又回到unlocked，就這麼簡單。
考慮下面的例子(為了簡單，這裡用了偽碼)：
db = open('foods.db')
db.exec('begin')
db.exec('select * from episodes')
db.exec('select * from episodes')
db.exec('commit')
db.close()
由於顯式的使用了begin和commit，兩個select命令在乙個事務下執行。第乙個exec()執行時，connection處於shared，然後第二個exec()執行，當事務提交時，connection又從shared回到unlocked狀態，如下：
unlocked→pending→shared→unlocked
如果沒有begin和commit兩行時如下：
unlocked→pending→shared→unlocked→pending→ shared→unlocked
2.4、寫事務（write transactions）
下面我們來考慮寫資料庫，比如update。和讀事務一樣，它也會經歷unlocked→pending→shared，但接下來卻是灰色的pending，
2.4.1、the reserved states
當乙個連線（connection）向資料庫寫資料時，從shared狀態變為reserved狀態，如果它得到reserved鎖，也就意味著它已經準備好進行寫操作了。即使它沒有把修改寫入資料庫，也可以把修改儲存到位於pager中快取中（page cache）。
當乙個連線進入reserved狀態，pager就開始初始化恢復日誌（rollback journal）。在reserved狀態下，pager管理著三種頁面：
(1) modified pages：包含被b-樹修改的記錄，位於page cache中。
(2) unmodified pages：包含沒有被b-tree修改的記錄。
(3) journal pages：這是修改頁面以前的版本，這些並不儲存在page cache中，而是在b-tree修改頁面之前寫入日誌。
page cache非常重要，正是因為它的存在，乙個處於reserved狀態的連線可以真正的開始工作，而不會干擾其它的（讀）連線。所以，sqlite可以高效的處理在同一時刻的多個讀連線和乙個寫連線。
2.4.2 、the pending states
當乙個連線完成修改，就真正開始提交事務，執行該過程的pager進入exclusive狀態。從reserved狀態，pager試著獲取pending鎖，一旦得到，就獨佔它，不允許任何其它連線獲得pending鎖（pending is a gateway lock）。既然寫操作持有pending鎖，其它任何連線都不能從unlocked狀態進入shared狀態，即沒有任何連線可以進入資料（no new readers, no new writers）。只有那些已經處於shared狀態的連線可以繼續工作。而處於pending狀態的writer會一直等到所有這些連線釋放它們的鎖，然後對資料庫加excusive鎖，進入exclusive狀態，獨佔資料庫(討論到這裡，對sqlite的加鎖機制應該比較清晰了)。
2.4.3、the exclusive state
在exclusive狀態下，主要的工作是把修改的頁面從page cache寫入資料庫檔案，這是真正進行寫操作的地方。
在pager寫入modified pages之前，它還得先做一件事：寫日誌。它檢查是否所有的日誌都寫入了磁碟，而這些通常位於操作的緩衝區中，所以pager得告訴os把所有的檔案寫入磁碟，這是由程式synchronous(通過呼叫os的相應的api實現)完成的。
日誌是資料庫進行恢復的惟一方法，所以日誌對於dbms非常重要。如果日誌頁面沒有完全寫入磁碟而發生崩潰，資料庫就不能恢復到它原來的狀態，此時資料庫就處於不一致狀態。日誌寫入完成後，pager就把所有的modified pages寫入資料庫檔案。接下來就取決於事務提交的模式，如果是自動提交，那麼pager清理日誌，page cache，然後由exclusive進入unlocked。如果是手動提交，那麼pager繼續持有exclusive鎖和儲存日誌，直到commit或者rollback。
總之，從效能方面來說，程序占有排斥鎖的時間應該盡可能的短，所以dbms通常都是在真正寫檔案時才會占有排斥鎖，這樣能大大提高併發效能。
SQLite入門與分析 二 設計與概念 續
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