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在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)成為了信息系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)于企業(yè)用戶的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理扮演著至關(guān)重要的角色。而在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域中，原子性問(wèn)題也成為了一個(gè)十分關(guān)鍵和重要的話題，特別是在分布式系統(tǒng)中操作的數(shù)據(jù)庫(kù)，更需要嚴(yán)格保證原子性的正確性。
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一、原子性的定義
原子性(Atomicity)是指事務(wù)中的所有操作要么全部執(zhí)行，要么全部不執(zhí)行，這是事務(wù)的基本特性之一。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，事務(wù)是一個(gè)邏輯上的操作單元，它要么完全執(zhí)行，要么完全回滾。在數(shù)據(jù)操作的過(guò)程中，如果事務(wù)只執(zhí)行了其中一部分操作，那么需要對(duì)該事務(wù)進(jìn)行回滾，使數(shù)據(jù)回到操作前的狀態(tài)。
二、原子性的實(shí)現(xiàn)
原子性的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)中的事務(wù)機(jī)制來(lái)保證的。在DBMS中，使用ACID來(lái)描述事務(wù)的特性：原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔離性(Isolation)和持久性(Durability)。其中，原子性主要體現(xiàn)在事務(wù)的流程控制和異常處理上，來(lái)確保事務(wù)不會(huì)失控或意外終止。
1.事務(wù)的流程控制
事務(wù)的流程控制是指事務(wù)的操作流程，即操作開(kāi)始、提交、回滾等過(guò)程。事務(wù)操作中最常用的操作是提交(Commit)和回滾(Rollback)。當(dāng)事務(wù)提交時(shí)，DBMS將用持久化的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并退出事務(wù)處理過(guò)程，從而使所有更新能夠永久生效。而回滾的操作與提交相反，在事務(wù)運(yùn)行期間，如果任何一個(gè)步驟失敗，那么事務(wù)會(huì)回滾，使操作退回到起始狀態(tài)，避免數(shù)據(jù)污染和不一致。
2.異常處理
事務(wù)過(guò)程中可能會(huì)有異常情況發(fā)生，例如系統(tǒng)崩潰、死鎖等等。因此，在事務(wù)處理中，需要有相應(yīng)的異常處理機(jī)制。異常處理主要包括兩個(gè)方面：恢復(fù)和重試?；謴?fù)是指恢復(fù)失敗的事務(wù)所修改的所有數(shù)據(jù)，包括回滾和數(shù)據(jù)恢復(fù)，而重試是指重新執(zhí)行失敗的操作。
三、原子性的常見(jiàn)問(wèn)題
原子性在DBMS中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是復(fù)雜的，因此有許多常見(jiàn)的問(wèn)題。下面介紹幾個(gè)常見(jiàn)的原子性問(wèn)題。
1.數(shù)據(jù)庫(kù)中多個(gè)事務(wù)的并發(fā)問(wèn)題
并發(fā)機(jī)制允許多個(gè)事務(wù)同時(shí)進(jìn)行，但如果不加控制，這可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致和沖突問(wèn)題。這是因?yàn)槊總€(gè)事務(wù)可能會(huì)訪問(wèn)和修改同一個(gè)數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有相應(yīng)的機(jī)制來(lái)協(xié)調(diào)或處理事務(wù)的交互，那么就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
2.事務(wù)故障問(wèn)題
在事務(wù)處理中，如果操作失效或發(fā)生錯(cuò)誤，某些事務(wù)可能會(huì)失敗。然而，這樣的事務(wù)也可能會(huì)造成一些問(wèn)題。例如，當(dāng)一個(gè)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)誤報(bào)未完成的事務(wù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致和失真的發(fā)生。
3.鎖定問(wèn)題
鎖是用來(lái)控制事務(wù)的并發(fā)訪問(wèn)的機(jī)制，但它也可能會(huì)引起問(wèn)題。例如，如果一個(gè)事務(wù)鎖定了某些資源，其他事務(wù)就無(wú)法訪問(wèn)該資源，這可能會(huì)導(dǎo)致死鎖等問(wèn)題。這種情況下，必須選擇恰當(dāng)?shù)逆i定機(jī)制并設(shè)置適當(dāng)?shù)某瑫r(shí)時(shí)間，以盡可能地減少鎖定的持續(xù)時(shí)間。
四、
在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作時(shí)，原子性問(wèn)題必須得到充分考慮。原子性是事務(wù)的基本屬性之一，它保證了整個(gè)事務(wù)操作的一致性和完整性。要保證原子性，需要在DBMS中實(shí)現(xiàn)流程控制和異常處理的正確機(jī)制。然而，原子性如何實(shí)現(xiàn)和保證不僅取決于DBMS所使用的算法和工具，也與系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)等因素有關(guān)。因此，在構(gòu)建大型分布式系統(tǒng)時(shí)，必須為原子性問(wèn)題提供足夠的關(guān)注，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- 數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系模型要求各元祖的每個(gè)分量的值必須是原子性的,對(duì)原子性下面哪種解釋不正確？
- 軟件開(kāi)發(fā)中的Kafka和數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系是什么呢？
數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系模型要求各元祖的每個(gè)分量的值必須是原子性的,對(duì)原子性下面哪種解釋不正確？
d不對(duì)
a沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)就是最小分解
b是字段最升物和基本要螞枝求
c字吵盯段必須有類型
軟件開(kāi)發(fā)中的Kafka和數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系是什么呢？
首先明確說(shuō)明Kafka不是數(shù)據(jù)庫(kù)，它沒(méi)有schema，也沒(méi)有表，更沒(méi)有索引。
1.它僅僅是生產(chǎn)消息流、消費(fèi)消息流而已
。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)Kafka的確不像數(shù)據(jù)庫(kù)，至少不像我們熟知的
關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)
。
那么到底什么是數(shù)據(jù)庫(kù)呢？或者說(shuō)什么特性使得一個(gè)系統(tǒng)可以被稱為數(shù)據(jù)庫(kù)？經(jīng)典的教科書(shū)是這么說(shuō)的：數(shù)據(jù)庫(kù)是提供 ACID 特性的，我們依次討論下ACID。
1、持久性(durability)
我們先從最容易的持久性開(kāi)始說(shuō)起，因?yàn)槌志眯宰钊菀桌斫?。?0年代持久性指的是把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到磁帶中，這是一種很古老的存儲(chǔ)設(shè)備，現(xiàn)在應(yīng)該已經(jīng)絕跡了。目前實(shí)現(xiàn)持久性更常見(jiàn)的做法是將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到物理磁盤(pán)上磨則，而這也只能實(shí)現(xiàn)單機(jī)的持久性。當(dāng)演進(jìn)到
分布式系統(tǒng)
時(shí)代后，持久性指的是將數(shù)據(jù)通過(guò)備份機(jī)制拷貝到多臺(tái)機(jī)器的磁盤(pán)上。很多數(shù)據(jù)庫(kù)廠商都有自己的分布式系統(tǒng)解決方案，如GreenPlum和
Oracle RAC
。它們都提供了這種多機(jī)備份的持久性。和它們類似，Apache Kafka天然也是支持這種持久性的，它提供的副本機(jī)制在實(shí)現(xiàn)原理上幾乎和數(shù)據(jù)庫(kù)廠商的方案是一樣的。
2、
原子性
(atomicity)
數(shù)據(jù)庫(kù)中的原子性和
多線程
領(lǐng)域內(nèi)的原子性不是一瞎輪棚回事。我們知道在Java中有AtomicInteger這樣的類能夠提供
線程安全
的整數(shù)操作服務(wù)，這里的atomicity關(guān)心的是在多個(gè)線程并發(fā)的情況下如何保證正確性的問(wèn)題。而在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域，原子性關(guān)心的是如何應(yīng)對(duì)錯(cuò)誤或異常情桐歷況，特別是對(duì)于事務(wù)的處理。如果服務(wù)發(fā)生故障，之前提交的事務(wù)要保證已經(jīng)持久化，而當(dāng)前運(yùn)行的事務(wù)要終止(abort)，它執(zhí)行的所有操作都要回滾，最終的狀態(tài)就好像該事務(wù)從未運(yùn)行過(guò)那樣。舉個(gè)實(shí)際的例子，
第三個(gè)方法是采用基于日志結(jié)構(gòu)的
消息隊(duì)列
來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如使用Kafka來(lái)做，如下圖所示：
在這個(gè)架構(gòu)中app僅僅是向Kafka寫(xiě)入消息，而下面的數(shù)據(jù)庫(kù)、cache和index作為獨(dú)立的consumer消費(fèi)這個(gè)日志——Kafka分區(qū)的順序性保證了app端更新操作的順序性。如果某個(gè)consumer消費(fèi)速度慢于其他consumer也沒(méi)關(guān)系，畢竟消息依然在Kafka中保存著?？偠灾?，有了Kafka所有的異質(zhì)系統(tǒng)都能以相同的順序應(yīng)用app端的更新操作，
3、隔離性(isolation)
在傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中最強(qiáng)的隔離級(jí)別通常是指serializability，國(guó)內(nèi)一般翻譯成可串行化或串行化。表達(dá)的思想就是連接數(shù)據(jù)庫(kù)的每個(gè)客戶端在執(zhí)行各自的事務(wù)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)給它們一個(gè)假象：仿佛每個(gè)客戶端的事務(wù)都順序執(zhí)行的，即執(zhí)行完一個(gè)事務(wù)之后再開(kāi)始執(zhí)行下一個(gè)事務(wù)。其實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)端同時(shí)會(huì)處理多個(gè)事務(wù)，但serializability保證了它們就像單獨(dú)執(zhí)行一樣。舉個(gè)例子，在一個(gè)論壇系統(tǒng)中，每個(gè)新用戶都需要注冊(cè)一個(gè)唯一的
用戶名
。一個(gè)簡(jiǎn)單的app實(shí)現(xiàn)邏輯大概是這樣的：
4、一致性(consistency)
最后說(shuō)說(shuō)一致性。按照Kelppmann大神的原話，這是一個(gè)很奇怪的屬性：在所有ACID特性中，其他三項(xiàng)特性的確屬于數(shù)據(jù)庫(kù)層面需要實(shí)現(xiàn)或保證的，但只有一致性是由用戶來(lái)保證的。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，它不屬于數(shù)據(jù)庫(kù)的特性，而應(yīng)該屬于使用數(shù)據(jù)庫(kù)的一種方式。坦率說(shuō)之一次聽(tīng)到這句話時(shí)我本人還是有點(diǎn)震驚的，因?yàn)閺臎](méi)有往這個(gè)方面考慮過(guò)，但仔細(xì)想想還真是這么回事。比如剛才的注冊(cè)用戶名的例子中我們要求每個(gè)用戶名是唯一的。這種一致性約束是由我們用戶做出的，而不是數(shù)據(jù)庫(kù)本身。數(shù)據(jù)庫(kù)本身并不關(guān)心或并不知道用戶名是否應(yīng)該是唯一的。針對(duì)Kafka而言，這種一致性又意味著什么呢？Kelppmann沒(méi)有具體展開(kāi)，
希望能幫到你，謝謝！
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