13.4. Проверки целостности данных на уровне приложения #
Используя транзакции Read Committed, очень сложно обеспечить целостность данных с точки зрения бизнес-логики, так как представление данных смещается с каждым оператором и даже один оператор может не ограничиваться своим снимком состояния в случае конфликта записи.
Хотя транзакция Repeatable Read получает стабильное представление данных в процессе выполнения, с использованием снимков MVCC для проверки целостности данных всё же связаны тонкие моменты, включая так называемые конфликты чтения/записи. Если одна транзакция записывает данные, а другая в это же время пытается их прочитать (до или после записи), она не может увидеть результат работы первой. В таком случае создаётся впечатление, что читающая транзакция выполняется первой вне зависимости от того, какая из них была начата или зафиксирована раньше. Если этим всё и ограничивается, нет никаких проблем, но если читающая транзакция также пишет данные, которые читает параллельная транзакция, получается, что теперь эта транзакция будет исполняться, как будто она запущена перед другими вышеупомянутыми. Если же транзакция, которая должна исполняться как последняя, на самом деле зафиксирована первой, в графе упорядоченных транзакций легко может возникнуть цикл. И когда он возникает, проверки целостности не будут работать правильно без дополнительных мер.
Как было сказано в Подразделе 13.2.3, сериализуемые транзакции представляют собой те же транзакции Repeatable Read, но дополненные неблокирующим механизмом отслеживания опасных условий конфликтов чтения/записи. Когда выявляется условие, приводящее к циклу в порядке транзакций, одна из этих транзакций откатывается и этот цикл таким образом разрывается.
13.4.1. Обеспечение согласованности в сериализуемых транзакциях #
Если для всех операций чтения и записи, нуждающихся в согласованном представлении данных, используются транзакции уровня изоляции Serializable, это обеспечивает необходимую согласованность без дополнительных усилий. Приложения из других окружений, применяющие сериализуемые транзакции для обеспечения целостности, в PostgreSQL в этом смысле будут «просто работать».
Применение этого подхода избавляет программистов приложений от лишних сложностей, если приложение использует инфраструктуру, которая автоматически повторяет транзакции в случае отката из-за сбоев сериализации. Возможно, serializable стоит даже установить в качестве уровня изоляции по умолчанию (default_transaction_isolation). Также имеет смысл принять меры для предотвращения использования других уровней изоляции, непреднамеренного или с целью обойти проверки целостности, например проверять уровень изоляции в триггерах.
Рекомендации по увеличению быстродействия приведены в Подразделе 13.2.3.
Предупреждение: сериализуемые транзакции и репликация данных
Защита целостности с применением сериализуемых транзакций пока ещё не поддерживается в режиме горячего резерва (Раздел 26.4) или логических реплик. Поэтому там, где применяется горячий резерв или логическая репликация, следует использовать уровень Repeatable Read и явные блокировки на главном сервере.
13.4.2. Применение явных блокировок для обеспечения согласованности #
Когда возможны несериализуемые операции записи, для обеспечения целостности строк и защиты от одновременных изменений, следует использовать SELECT FOR UPDATE, SELECT FOR SHARE или соответствующий оператор LOCK TABLE. (SELECT FOR UPDATE и SELECT FOR SHARE защищают от параллельных изменений только возвращаемые строки, тогда как LOCK TABLE блокирует всю таблицу.) Это следует учитывать, перенося в PostgreSQL приложения из других СУБД.
Мигрируя в PostgreSQL из других СУБД также следует учитывать, что команда SELECT FOR UPDATE сама по себе не гарантирует, что параллельная транзакция не изменит или не удалит выбранную строку. Для получения такой гарантии в PostgreSQL нужно именно изменить эту строку, даже если никакие значения в ней менять не требуется. SELECT FOR UPDATE временно блокирует другие транзакции, не давая им получить ту же блокировку или выполнить команды UPDATE или DELETE, которые бы повлияли на заблокированную строку, но как только транзакция, владеющая этой блокировкой, фиксируется или откатывается, заблокированная транзакция сможет выполнить конфликтующую операцию, если только для данной строки действительно не был выполнен UPDATE, пока транзакция владела блокировкой.
Реализация глобальной целостности с использованием несериализуемых транзакций MVCC требует более вдумчивого подхода. Например, банковскому приложению может потребоваться проверить, равняется ли сумма всех расходов в одной таблице сумме приходов в другой, при том, что обе таблицы активно изменяются. Просто сравнивать результаты двух успешных последовательных команд SELECT sum(...) в режиме Read Committed нельзя, так как вторая команда может захватить результаты транзакций, пропущенных первой. Подсчитывая суммы в одной транзакции Repeatable Read, можно получить точную картину только для транзакций, которые были зафиксированы до начала данной, но при этом может возникнуть законный вопрос — будет ли этот результат актуален тогда, когда он будет выдан. Если транзакция Repeatable Read сама вносит какие-то изменения, прежде чем проверять равенство сумм, полезность этой проверки становится ещё более сомнительной, так как при проверке будут учитываться некоторые, но не все изменения, произошедшие после начала транзакции. В таких случаях предусмотрительный разработчик может заблокировать все таблицы, задействованные в проверке, чтобы получить картину действительности, не вызывающую сомнений. Для этого применяется блокировка SHARE (или более строгая), которая гарантирует, что в заблокированной таблице не будет незафиксированных изменений, за исключением тех, что внесла текущая транзакция.
Также заметьте, что, применяя явные блокировки для предотвращения параллельных операций записи, следует использовать либо режим Read Committed, либо в режиме Repeatable Read обязательно получать блокировки прежде, чем выполнять запросы. Блокировка, получаемая транзакцией Repeatable Read, гарантирует, что никакая другая транзакция, изменяющая таблицу, не выполняется, но если снимок состояния, полученный транзакцией, предшествует блокировке, он может не включать на данный момент уже зафиксированные изменения. Снимок состояния в транзакции Repeatable Read создаётся фактически на момент начала первой команды выборки или изменения данных (SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE или MERGE), так что получить явные блокировки можно до того, как он будет сформирован.