Как SQL общается сразу со многими пользователями

SQL часто используется в многопользовательских средах — в средах, где сразу много пользователей могут выполнять действия в базе данных одновременно. Это создает потенциальную возможность конфликта между различными выполняемыми действиями. Предположим, что вы выполняете команду в таблице Продавцов:

UPDATE Salespeople
SET comm = comm * 2
WHERE sname LIKE 'R%';

и в это же время, Diane вводит такой запрос:

SELECT city, AVG (comm)
FROM Salespeople
GROUP BY city;

Может ли усредненное значение (AVG) Diane отразить изменения, которые вы делаете в таблице? Не важно, будет это сделано или нет, а важно, что бы были отражены или все, или ни одно из значений комиссионных (comm), для которых выполнялись изменения. Любой промежуточный результат является случайным или непредсказуемым, для порядка, в котором значения были изменены физически. Вывод запроса не должен быть случайным и непредсказуемым.

Посмотрим на это с другой стороны. Предположим, что вы находите ошибку и прокручиваете обратно все ваши модификации уже после того, как Diane получила их результаты в виде вывода. В этом случае Diane получит ряд усредненых значений, основанных на тех изменениях, которые были позже отменены, не зная, что ее информации неточна.

Обработка одновременных транзакций называется параллелизмом или совпадением и имеет ряд возможных проблем, которые могут при этом возникать. Имеются следующие примеры:

* Модификация может быть сделана без учета другой модификации. Например, продавец должен сделать запрос к таблице инвентаризации, чтобы найти десять фрагментов пунктов торговцев акциями, и упорядочить шесть из них для заказчика. Прежде, чем это изменение было сделано, другой продавец делает запрос к таблице и упорядочивает семь из тех же фрагментов для своего заказчика.

ПРИМЕЧАНИЕ: Термин "упорядочить", аналогичен общепринятому — "заказать", что в принципе более соответствует логике запроса, потому что с точки зрения пользователя, он именно "заказывает" информацию в базе данных, которая упорядочивает эту информацию в соответствии с "заказом".

* Изменения в базе данных могут быть прокручены обратно уже после того, как их действия уже были закончены. Например, если Вы отменили вашу ошибку уже после того, как Diane получила свой вывод.

* Одно действие может воздействовать частично на результат другого действия. Например, когда Diane получает среднее от значений, в то время как вы выполняете модификацию этих значений. Хотя это не всегда проблематично, в большинстве случаев действие такое же, как если бы агрегаты должны были отразить состояние базы данных в пункте относительной стабильности. Например, в ревизионных книгах, должна быть возможность вернуться назад и найти это существующее усредненное значение для Diane в некоторой временной точке, и оставить его без изменений, которые могли быть сделаны начиная уже с этого места. Это будет невозможно сделать, если модификация была выполнена во время вычисления функции.

* Тупик. Два пользователя могут попытаться выполнить действия, которые конфликтуют друг с другом. Например, если два пользователя попробуют изменить и значение внешнего ключа и значение родительского ключа одновременно.

Имеется много сложнейших сценариев, которые нужно было бы последовательно просматривать, если бы одновременные транзакции были неуправляемыми. К счастью, SQL обеспечивает вас средством управления параллелизмом для точного указания места получения результата. Что ANSI указывает для управления параллелизмом — это что все одновременные команды будут выполняться по принципу — ни одна команда не должна быть выдана, пока предыдущая не будет завершена (включая команды COMMIT или ROLLBACK).

Более точно, нужно просто не позволить таблице быть доступной более чем для одной транзакции в данный момент времени. Однако в большинстве ситуаций, необходимость иметь базу данных доступную сразу многим пользователям, приводит к некоторому компромиссу в управлении параллелизмом. Некоторые реализации SQL предлагают пользователям выбор, позволяя им самим находить золотую середину между согласованностью данных и доступностью к базе данных. Этот выбор доступен пользователю, DBA, или тому и другому.

На самом деле они осуществляют это управление вне SQL, даже если и воздействуют на процесс работы самой SQL.

Механизм, используемый SQL для управления параллелизмом операций, называется блокировкой. Блокировки задерживают определенные операции в базе данных, пока другие операции или транзакции не завершены. Задержанные операции выстраиваются в очередь и выполняются только когда блокировка снята (некоторые инструменты блокировок дают вам возможность указывать NOWAIT, которая будет отклонять команду вместо того, чтобы поставить ее в очередь, позволяя вам делать что-нибудь другое).

Блокировки в многопользовательских системах необходимы. Следовательно, должен быть некий тип схемы блокировки по умолчанию, который мог бы применяться ко всем командам в базе данных. Такая схема по умолчанию, может быть определена для всей базы данных, или в качестве параметра в команде CREATE DBSPACE или команде ALTER DBSPACE, и таким образом использовать их по-разному в различных DBS.

Кроме того, системы обычно обеспечиваются неким типом обнаружителя зависания, который может обнаруживать ситуации, где две операции имеют блокировки, блокирующие друг друга. В этом случае, одна из команд будет прокручена обратно и получит сброс блокировки.

Так как терминология и специфика схем блокировок меняются от программы к программе, мы можем смоделировать наши рассуждения на примере программы базы данных DB2 фирмы IBM. IBM — лидер в этой области (как, впрочем, и во многих других), и поэтому такой подход наиболее удобен. С другой стороны, некоторые реализации могут иметь значительные различия в синтаксисе и в функциях, но в основном их действия должно быть очень похожими.

Типы блокировок

Имеется два базовых типа блокировок:

— распределяемые блокировки и

— специальные блокировки.

Распределяемые (или S-блокировки) могут быть установлены более чем одним пользователем в данный момент времени. Это дает возможность любому числу пользователей обращаться к данным, но не изменять их.

Специальные блокировки (или X-блокировки) не позволяют никому вообще, кроме владельца этой блокировки обращаться к данным. Специальные блокировки используются для команд, которые изменяют содержание или структуру таблицы. Они действуют до конца транзакции.

Общие блокировки используются для запросов. Насколько они продолжительны, зависит фактически от уровня изоляции.

Что такое уровень изоляции блокировки? Это — то, что определяет, сколько таблиц будет блокировано.

В DB2, имеется три уровня изоляции, два из которых можно применить и к распределенным и к специаль ным блокировкам, а третий, ограниченный, чтобы использовать эти блокировки совместно. Они управляются командами, поданными извне SQL, так что мы можем обсуждать их, не указывая их точного синтаксиса. Точный синтаксис команд, связанных с блокировками, различен для различных реализаций.

Следующее обсуждение полезно, прежде всего, на концептуальном уровне.

Уровень изоляции — повторное чтение — гарантирует, что внутри данной транзакции все записи, извлеченные с помощью запросов, не могут быть изменены. Поскольку записи, модифицируемые в транзакции, являются субъектами специальной блокировки, пока транзакция не завершена, они не могут быть изменены в любом случае.

С другой стороны, для запросов повторное чтение означает, что вы можете решить заранее, какие строки вы хотите заблокировать и выполнить запрос, который их выберет. Выполняя запрос, вы гарантированы, что никакие изменения не будут сделаны в этих строках, до тех пор пока вы не завершите текущую транзакцию.

В то время как повторное чтение защищает пользователя, который поместил блокировку, она может в то же время значительно снизить производительность.

Уровень указатель стабильности — предохраняет каждую запись от изменений, на время когда она читается, или от чтения на время ее изменения. Последний случай — это специальная блокировка, и применяется, пока изменение не завершено или пока оно не отменено (т.е. на время отката изменения).

Следовательно, когда вы модифицируете группу записей, использующих указатель стабильности, эти записи будут заблокированы, пока транзакция не закончится, что аналогично действию, производимому уровнем повторное чтение. Различие между этими двумя уровнями в их воздействии на запросы. В случае уровня указатель стабильности, строки таблицы, которые в данное время не используются запросом, могут быть изменены.

Третий уровень изоляции DB2 — это уровень только чтение.

Только чтение фиксирует фрагмент данных; хотя на самом деле он блокирует всю таблицу. Следовательно, он не может использоваться с командами модификации. Любое содержание таблицы как единое целое, в момент выполнения команды, будет отражено в выводе запроса.

Это не обязательно, так как в случае с уровнем указатель стабильности. Блокировка только чтение, гарантирует, что ваш вывод будет внутренне согласован, если конечно нет необходимости во второй блокировке, не связывающей большую часть таблицы с уровнем повторное чтение. Блокировка т олько чтение удобна тогда, когда вы делаете отчеты, которые должны быть внутренне согласованны, и позволять доступ к большинству или ко всем строкам таблицы, не связывая базу данных.