ACID——数据库事务正确执行的四个基本要素

ACID，指数据库事务正确执行的四个基本要素的缩写。包含：原子性(Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）。一个支持事务（Transaction）的数据库系统，必需要具有这四种特性，否则在事务过程（Transaction processing）当中无法保证数据的正确性，交易过程极可能达不到交易

• 原子性：一个事务(transaction)中的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成，不会结束在中间某个环节。事务在执行过程中发生错误，会被回滚（Rollback）到事务开始前的状态，就像这个事务从来没有执行过一样。
• 一致性：在事务开始之前和事务结束以后，数据库的完整性没有被破坏。这表示写入的资料必须完全符合所有的默认规则，这包含资料的精确度、串联性以及后续数据库可以自发性地完成预定的工作。
• 隔离性：当两个或者多个事务并发访问（此处访问指查询和修改的操作）数据库的同一数据时所表现出的相互关系。事务隔离分为不同级别，包括读未提交(Read uncommitted)、读提交（read committed）、可重复读（repeatable read）和串行化（Serializable）。
• 持久性：在事务完成以后，该事务对数据库所作的更改便持久地保存在数据库之中，并且是完全的。

由于一项操作通常会包含许多子操作，而这些子操作可能会因为硬件的损坏或其他因素产生问题，要正确实现ACID并不容易。ACID建议数据库将所有需要更新以及修改的资料一次操作完毕，但实际上并不可行。

目前主要有两种方式实现ACID：第一种是Write ahead logging，也就是日志式的方式。第二种是Shadow paging。

Write ahead logging(预写日志)：

1、事务所引起的所有改动都要记录在日志中，在事务提交完成之前，所有的这些记录必须被写入硬盘；

2、一个 数据库 的缓冲页直到被记入日志后才能发生修改。直到缓冲页对应的日志被写入磁盘之后，该缓冲页才会存入磁盘；

3、当缓冲页被修改和日志被更新的时候，在也上必须加上互斥锁，以保证改动被记录到日志中的顺序与它发生的顺序是一致的。

以上规则的结果：

1、如果一条日志记录未被存入硬盘，则它可以被忽略，因为该日志中包含的改动一定属于未提交的事务。此外，这样的日志不能反映已持久化在数据库中的改动；

2、日志记录按顺序记录系统的改动。加锁协议（latch protocol）保证如果有对于同一页改动的两条日志记录，则两条记录的顺序反映对页发生改变的顺序。

Shadow paging（影子分页）：

http://www.oocities.org/swarooppavi/ShadowPag.pdf

注：SQLite 默认采用影子分页技术，但最新的版本中也提供预写日志技术。