11.2 并发异常、调度与可串行化

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元数据卡

• 前置：11.1 事务边界、ACID 与失败语义
• 关键词：并发异常、调度、冲突图、可串行化、重试
• 代码语言：SQL、调度记号

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“两次查询结果不一样”只是表象。分析并发问题时，要同时记录谁读了什么、谁写了什么、修改是否提交，以及业务判断依赖了哪些行或范围。

先分清几种异常

设 R1(A) 表示事务 T1 读取 A，W2(A) 表示 T2 写入 A。

异常	关键条件	风险
脏读	读取另一事务尚未提交的写入	依据最终会回滚的数据做决定
脏写	覆盖另一事务尚未提交的写入	回滚次序无法保持已提交结果
不可重复读	再读同一行时看到另一事务已提交的新版本	一个事务中的判断基准漂移
幻读	再执行同一谓词查询时，满足条件的行集合改变	范围不变量失效
丢失更新	多个事务基于旧读值计算，再相互覆盖	一次业务修改悄然消失
写偏斜	各事务读取同一约束集合，却写入不同行	单行无冲突，集合约束仍被破坏

“丢失更新”不能只按隔离级别名称判断。下面两种写法的行为不同：

-- 数据库直接在当前行上做原子增量；并发写通常会串行等待
UPDATE counter SET value = value + 1 WHERE counter_id = 1;

T1: SELECT value -> 10
T2: SELECT value -> 10
T1: UPDATE ... SET value = 11
T2: UPDATE ... SET value = 11

第二种是应用端读、改、写，更容易丢更新。可用原子 SQL、SELECT ... FOR UPDATE、版本条件或 Serializable 保护，而不是笼统声称某级别“自动解决所有更新丢失”。

调度是操作的交错顺序

上面的 counter SQL 是机制片段，需已有 counter(counter_id, value) 和目标行。用 PostgreSQL 16+ 的 Read Committed 运行两个原子增量，初值 10 应变为 12；在较高隔离级别还可能收到需重试的冲突错误。

串行调度让 T1 的所有操作完成后才运行 T2。可串行化调度允许交错，但成功提交后的效果必须等价于某个串行顺序。

判断冲突可串行化时，两项操作只有在以下条件同时满足时才冲突：

1. 属于不同事务；
2. 访问同一逻辑数据项；
3. 至少一项是写。

因此两次读不冲突，读与写、写与读、两次写会冲突。

用优先图判定冲突可串行化

考虑这个明确写出先后次序的调度：

R1(A)  W1(A)  R2(A)  W2(B)  R1(B)  C1  C2

逐对找冲突：

• W1(A) 在 R2(A) 之前，得到边 T1 → T2；
• W2(B) 在 R1(B) 之前，得到边 T2 → T1。

优先图出现环 T1 → T2 → T1，所以它不是冲突可串行化调度。本例还包含脏读，仅用于单版本调度理论；PostgreSQL 的普通 SELECT 不会直接复现这种未提交版本读取。若图无环，对图做拓扑排序即可得到一个等价串行顺序。

不要只列出每个事务内部的操作而省略全局交错次序；那样无法确定边的方向，也就无法判环。

冲突可串行化不是全部理论

视图等价还要求：

• 读取初始值的事务相同；
• 每次读取所依赖的写入事务相同；
• 每个数据项的最终写入者相同。

存在带盲写的视图可串行化调度，不是冲突可串行化调度。实际系统更常围绕冲突依赖设计协议，因为冲突图判环直接，而一般的视图可串行化判定困难得多。

还要区分“冲突可串行化的历史”与 SQL 的 Serializable 隔离接口。数据库可以用严格两阶段锁，也可以像 PostgreSQL 一样用 SSI 检测危险的读写依赖；实现不一定在运行时构造本节这张完整教学图。

可恢复性与级联回滚

可串行化描述结果是否等价于串行执行，可恢复性描述提交顺序是否安全。若 T2 读取了 T1 的写入，T2 不应在 T1 之前提交；若 T1 最后回滚，T2 也必须回滚。

在禁止脏读的隔离级别中，读取器不会依赖其他事务尚未提交的写入，从而避免这类级联回滚。MVCC 普通读通常选择已提交的可见版本，并能看到本事务先前的修改；允许 Read Uncommitted 的产品不能套用这个结论。

把重试当作事务接口的一部分

Serializable 不承诺每次尝试都提交，它承诺成功提交的事务具有串行语义。PostgreSQL 重试规则给出的序列化失败 SQLSTATE 是 40001；死锁失败通常是 40P01。应用应重试整个事务，而不是只重放最后一条 SQL。

repeat up to retry_limit:
    begin
    try:
        execute all reads, decisions, and writes
        commit
        return success
    catch retryable_transaction_error:
        rollback
        wait with bounded exponential backoff and jitter
fail or send to recovery path

重试必须满足三个条件：

• 事务外副作用可幂等或延后到 outbox；
• 每次从头重新读取，不能复用上次失败事务中的判断；
• 有次数、总时限和监控，避免热点冲突造成无限重试风暴。

练习

给定调度：

R1(A)  W2(A)  R3(B)  W1(B)  R2(B)  C1  C2  C3

完成以下任务：

1. 列出所有事务间冲突边；
2. 判断图中是否有环；
3. 若无环，给出一个拓扑序；若有环，指出构成环的边；
4. 说明仅交换两个不冲突操作能否改变判定。

核对：边为 T1 → T2、T3 → T1、T3 → T2，无环，拓扑序为 T3, T1, T2。交换相邻的不冲突操作不会改变冲突边。本题虽然冲突可串行化，T2 却在 T1 提交前读取其 B 写入；若允许这种读取，仍须单独检查恢复性。

本节检查点

• 能按“是否提交、同一行还是谓词范围、读后写还是原子更新”描述异常。
• 能从完整调度构造优先图，而不是凭事务名称猜边。
• 知道可串行化不等于永不失败，能设计整事务重试边界。

下一章进入 MVCC，解释数据库如何为一次读取选择正确版本，以及同名隔离级别为什么在不同产品中表现不同。