SQLite 中的事务快照：隔离级别与事务可见性规则的实战应用

在数据库的日常操作中，我们经常需要处理多个相关的操作，要求这些操作要么全部成功，要么全部失败，这就引出了事务的概念。在 SQLite 里，事务快照、隔离级别和事务可见性规则是非常重要的知识点，它们能让我们更好地管理数据，保证数据的一致性和完整性。下面咱们就来详细聊聊这些内容。

一、事务基础概念

1. 事务定义

事务是数据库操作的一个不可分割的工作单元。打个比方，你去银行转账，从一个账户扣钱，再把钱存到另一个账户，这两个操作就必须作为一个事务来处理。要是只扣了钱，没存到另一个账户，那钱不就凭空消失了嘛。在 SQLite 里，事务可以通过 BEGIN、COMMIT 和 ROLLBACK 语句来控制。 示例代码（SQLite）：

-- 开始一个事务
BEGIN TRANSACTION; 

-- 假设要从账户 A 转 100 元到账户 B 
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE account_id = 'A'; 
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE account_id = 'B'; 

-- 如果所有操作都成功，提交事务
COMMIT; 

-- 如果中间出现错误，回滚事务
ROLLBACK; 

2. 事务特性（ACID）

• 原子性（Atomicity）：事务里的所有操作要么全做，要么全不做。就像刚才的转账例子，要么两个操作都完成，要么都不做。
• 一致性（Consistency）：事务执行前后，数据库都要保持一致的状态。在转账后，两个账户的总金额应该和转账前一样。
• 隔离性（Isolation）：多个事务并发执行时，一个事务的执行不能被其他事务干扰。
• 持久性（Durability）：事务一旦提交，它对数据库的更改就是永久的，哪怕系统崩溃也不会丢失。

二、SQLite 中的事务快照

1. 快照原理

在 SQLite 里，事务快照就像是给数据库在某个时间点拍了张照片。当一个事务开始时，它会拿到数据库在那个时刻的一个快照，这个事务在执行过程中看到的数据就是快照里的数据，不受其他并发事务的影响。这就好比你在拍集体照时，照片里的人是拍照那一刻的样子，不会因为拍照后其他人的动作而改变。

2. 实现机制

SQLite 采用多版本并发控制（MVCC）来实现事务快照。MVCC 能让数据库同时支持多个并发事务，每个事务看到的数据版本都是不同的。具体来说，SQLite 会给每个数据行加上版本号，当一个事务更新数据时，会创建一个新的数据版本，而旧的版本会保留。这样，其他事务在读取数据时，就能根据自己的事务开始时间来选择合适的数据版本。

三、隔离级别

1. 隔离级别定义

隔离级别定义了一个事务和其他并发事务之间的隔离程度。不同的隔离级别会影响事务的可见性、并发性能和数据一致性。在 SQLite 里，支持三种隔离级别：SERIALIZABLE、READ - COMMITTED 和 READ - UNCOMMITTED 。

2. 不同隔离级别的特点和示例

SERIALIZABLE

这是最高的隔离级别，它保证事务串行执行，就像排队一样，一个事务执行完了，另一个事务才能开始。这样能避免所有的并发问题，但并发性能会比较低。 示例代码（SQLite）：

-- 设置隔离级别为 SERIALIZABLE 
PRAGMA read_uncommitted = false; 

BEGIN TRANSACTION; 
-- 假设查询账户 A 的余额 
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; 
-- 其他操作 
COMMIT; 

READ - COMMITTED

在这个隔离级别下，一个事务只能看到其他事务已经提交的数据。当一个事务读取数据时，如果其他事务正在修改这个数据，那么这个事务会等待，直到修改事务提交。 示例代码（SQLite）：

-- 设置隔离级别为 READ - COMMITTED 
PRAGMA read_uncommitted = false; 

BEGIN TRANSACTION; 
-- 假设查询账户 A 的余额 
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; 
-- 此时其他事务可能已经提交了对账户 A 的修改 
COMMIT; 

READ - UNCOMMITTED

这是最低的隔离级别，一个事务可以看到其他事务未提交的数据，可能会导致脏读。脏读就是读到了其他事务还没确定最终结果的数据，就像偷看别人还没写完的作文。 示例代码（SQLite）：

-- 设置隔离级别为 READ - UNCOMMITTED 
PRAGMA read_uncommitted = true; 

BEGIN TRANSACTION; 
-- 假设查询账户 A 的余额，可能会读到未提交的数据 
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; 
COMMIT; 

四、事务可见性规则

1. 规则概述

事务可见性规则决定了一个事务在执行过程中能看到哪些数据。这些规则和隔离级别密切相关，不同的隔离级别有不同的可见性规则。

2. 不同隔离级别的可见性规则示例

SERIALIZABLE

在这个隔离级别下，一个事务只能看到事务开始时数据库的状态。如果在事务执行过程中，其他事务修改了数据，这个事务是看不到这些修改的。 示例代码（SQLite）：

-- 设置隔离级别为 SERIALIZABLE 
PRAGMA read_uncommitted = false; 

BEGIN TRANSACTION; 
-- 事务开始时查询账户 A 的余额 
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; 
-- 此时其他事务修改了账户 A 的余额 
-- 再次查询，看到的还是事务开始时的余额 
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; 
COMMIT; 

READ - COMMITTED

一个事务只能看到其他事务已经提交的数据。如果其他事务正在修改数据，这个事务会等待，直到修改事务提交。 示例代码（SQLite）：

-- 设置隔离级别为 READ - COMMITTED 
PRAGMA read_uncommitted = false; 

BEGIN TRANSACTION; 
-- 第一次查询账户 A 的余额 
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; 
-- 此时另一个事务修改并提交了账户 A 的余额 
-- 第二次查询，会看到修改后的数据 
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; 
COMMIT; 

READ - UNCOMMITTED

一个事务可以看到其他事务未提交的数据。 示例代码（SQLite）：

-- 设置隔离级别为 READ - UNCOMMITTED 
PRAGMA read_uncommitted = true; 

BEGIN TRANSACTION; 
-- 假设查询账户 A 的余额，可能会读到未提交的数据 
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; 
COMMIT; 

五、实战应用场景

1. 金融系统

在金融系统里，数据的一致性和完整性非常重要。比如银行转账、证券交易等操作，都需要使用事务来保证数据的准确性。可以使用 SERIALIZABLE 隔离级别，确保每个事务串行执行，避免并发问题。 示例代码（SQLite）：

-- 金融系统转账操作 
-- 设置隔离级别为 SERIALIZABLE 
PRAGMA read_uncommitted = false; 

BEGIN TRANSACTION; 
-- 从账户 A 扣钱 
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE account_id = 'A'; 
-- 往账户 B 存钱 
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE account_id = 'B'; 
-- 提交事务 
COMMIT; 

2. 日志记录系统

在日志记录系统里，对并发性能要求比较高，对数据的一致性要求相对较低。可以使用 READ - UNCOMMITTED 隔离级别，提高系统的并发性能。 示例代码（SQLite）：

-- 日志记录系统，插入日志记录 
-- 设置隔离级别为 READ - UNCOMMITTED 
PRAGMA read_uncommitted = true; 

BEGIN TRANSACTION; 
-- 插入一条日志记录 
INSERT INTO logs (message, timestamp) VALUES ('User logged in', datetime('now')); 
-- 提交事务 
COMMIT; 

六、技术优缺点

1. 优点

• 数据一致性：通过事务和隔离级别的设置，可以保证数据的一致性和完整性，避免数据损坏和丢失。
• 并发控制：MVCC 机制能支持多个并发事务，提高系统的并发性能。
• 简单易用：SQLite 的事务和隔离级别设置比较简单，容易上手。

2. 缺点

• 性能开销：高隔离级别（如 SERIALIZABLE）会降低系统的并发性能，因为事务需要串行执行。
• 数据可见性问题：低隔离级别（如 READ - UNCOMMITTED）可能会导致脏读、不可重复读等数据可见性问题。

七、注意事项

1. 隔离级别选择

要根据具体的应用场景选择合适的隔离级别。如果对数据一致性要求高，就选择高隔离级别；如果对并发性能要求高，就选择低隔离级别。

2. 事务长度控制

尽量缩短事务的长度，减少事务持有锁的时间，提高系统的并发性能。

3. 错误处理

在事务执行过程中，要做好错误处理，及时回滚事务，避免数据不一致。

八、文章总结

SQLite 中的事务快照、隔离级别和事务可见性规则是非常重要的知识点，它们能帮助我们更好地管理数据，保证数据的一致性和完整性。通过合理选择隔离级别和控制事务长度，我们可以在数据一致性和并发性能之间找到一个平衡点。在实际应用中，要根据具体的业务场景选择合适的技术方案，同时注意错误处理和性能优化。