数据库事务的 ACID 特性

在数据库管理系统（DBMS）中，事务（Transaction）是指一组操作（如增、删、改、查）作为一个单元执行，这些操作要么全部成功，要么全部失败。事务的目的是确保数据库操作的一致性、可靠性和稳定性，尤其是在并发和故障的情况下。ACID 是数据库事务的四大基本特性，用于保证数据库事务的正确性和可靠性。

1. 原子性（Atomicity）

原子性要求数据库事务中的所有操作要么全部执行成功，要么在出现错误时全部撤销（回滚）。这意味着事务是一个“原子操作”，不能拆分成更小的部分。如果事务中的某个操作失败，所有已执行的操作都会被回滚，恢复到事务开始之前的状态。

例子： 假设有一个转账操作，包括从账户A扣款和向账户B存款两个操作。如果在向账户B存款前，扣款操作失败了，整个事务会回滚，账户A和账户B的状态都不会发生变化，确保转账操作要么完全成功，要么完全失败。

保证：

• 事务的所有操作必须作为一个不可分割的单元执行。

2. 一致性（Consistency）

一致性要求事务执行前后，数据库的状态必须保持一致。也就是说，事务的执行不能破坏数据库的完整性约束（如主键、外键、唯一性约束等）。每个事务必须使数据库从一个一致的状态转换到另一个一致的状态。

例子： 假设有一个银行账户的余额约束，余额不能为负数。如果某个操作违反了余额不为负数的约束（例如，转账后账户余额为负），则该事务会失败并回滚，确保数据库始终处于有效的状态。

保证：

• 事务前后的数据库状态符合所有的完整性规则和约束条件。

3. 隔离性（Isolation）

隔离性指的是事务的执行不应受到其他事务的干扰。即使多个事务并发执行，每个事务应该像是在独立执行一样，不会受到其他事务的影响。隔离性保证了事务的并发执行不会导致数据的不一致性。

例子： 在多个用户并发进行银行账户转账操作时，隔离性确保每个转账操作不会互相干扰。例如，一个用户的余额更新不应该被另一个用户的操作打断，从而避免出现负数余额或重复扣款的情况。

保证：

• 并发事务的执行结果应该等同于它们按某种顺序串行执行的结果。

隔离级别： 为了实现隔离性，数据库通常支持不同的隔离级别，主要有以下几种：

• 读未提交（Read Uncommitted）：最低隔离级别，允许事务读取尚未提交的数据（脏读）。
• 读已提交（Read Committed）：保证事务只能读取已提交的数据，避免脏读，但仍可能出现不可重复读。
• 可重复读（Repeatable Read）：保证在事务执行期间，每次查询结果都一样，避免脏读和不可重复读，但可能会出现幻读。
• 串行化（Serializable）：最高隔离级别，确保事务串行执行，避免脏读、不可重复读和幻读，但性能可能会受到影响。

4. 持久性（Durability）

持久性保证了事务一旦提交，其对数据库的修改就会永久保存，不会因为系统故障（如电力中断、硬盘故障等）而丢失。即使发生崩溃，数据库会恢复到事务提交后的最新状态。

例子： 如果一个转账事务成功提交，即使系统发生崩溃或重启，转账的结果（账户A的余额减少，账户B的余额增加）也不会丢失，会被保留在磁盘中。

保证：

• 提交后的数据会被永久保存到数据库中，能够通过日志、备份等机制恢复。

总结：

• 原子性（Atomicity）：事务中的操作要么全部成功，要么全部失败。
• 一致性（Consistency）：事务的执行不会破坏数据库的完整性规则，事务前后的数据库状态是一致的。
• 隔离性（Isolation）：并发执行的事务相互隔离，互不干扰，避免数据不一致。
• 持久性（Durability）：事务一旦提交，修改的数据会永久保存，即使系统发生故障也不会丢失。

这些特性共同作用，保证了数据库系统在面对并发访问、系统故障等复杂情况时，依然能够保持数据的一致性、可靠性和稳定性。