SQL Transaction Isolation

ایزولیشن در تراکنش‌های SQL: یک بررسی جامع

ایزولیشن در پایگاه‌های داده رابطه‌ای، مفهومی است که میزان جداسازی یک تراکنش از تغییرات اعمال شده توسط تراکنش‌های دیگر را تعیین می‌کند. در محیط‌های چندکاربره، جایی که چندین تراکنش ممکن است همزمان در حال اجرا باشند، ایزولیشن از اهمیت بالایی برخوردار است تا از ایجاد داده‌های نادرست یا نتایج غیرمنتظره جلوگیری شود.

سطوح مختلف ایزولیشن

در پایگاه‌های داده رابطه‌ای، ایزولیشن (Isolation) به معنای جداسازی یک تراکنش از تغییراتی است که توسط تراکنش‌های دیگر اعمال می‌شود. این جداسازی برای حفظ یکپارچگی و سازگاری داده‌ها در محیط‌های چندکاربره بسیار مهم است.

استاندارد SQL چهار سطح اصلی ایزولیشن را تعریف کرده است که هر کدام میزان جداسازی متفاوتی را ارائه می‌دهند:

• Read Uncommitted: پایین‌ترین سطح ایزولیشن

  Read Uncommitted پایین‌ترین سطح ایزولیشن در تراکنش‌های پایگاه داده است. این سطح به تراکنش‌ها اجازه می‌دهد تا داده‌هایی را بخوانند که هنوز توسط تراکنش‌های دیگر commit نشده‌اند. به عبارت دیگر، یک تراکنش می‌تواند داده‌های موقتی و ناقص را مشاهده کند که ممکن است در آینده rollback شوند.

  مشکلات مرتبط با Read Uncommitted:

  • Dirty Read: زمانی رخ می‌دهد که یک تراکنش، داده‌ای را می‌خواند که هنوز توسط تراکنش دیگری commit نشده است و در نهایت آن تراکنش rollback می‌شود. این باعث می‌شود که تراکنش خواننده داده‌های نادرست را مشاهده کند.
  • Non-Repeatable Read: زمانی رخ می‌دهد که یک تراکنش، یک سطر را دو بار می‌خواند و در خواندن دوم، مقدار آن سطر به دلیل تغییر توسط تراکنش دیگری متفاوت است.
  • Phantom Read: زمانی رخ می‌دهد که یک تراکنش، یک مجموعه از سطرها را دو بار می‌خواند و در خواندن دوم، سطرهای جدیدی به آن مجموعه اضافه شده‌اند یا سطرهایی از آن حذف شده‌اند.

  کاربردهای Read Uncommitted:

  • سیستم‌های گزارش‌گیری: در سیستم‌هایی که نیاز به گزارش‌های تقریبی و غیر دقیق دارند، استفاده از Read Uncommitted ممکن است قابل قبول باشد.
  • سیستم‌های آزمایش: برای آزمایش عملکرد سیستم در شرایط مختلف، ممکن است از Read Uncommitted استفاده شود.

  ملاحظات:

  • به دلیل مشکلات ذکر شده، استفاده از Read Uncommitted معمولاً توصیه نمی‌شود.
  • اگر نیاز به قوام داده‌ها دارید، بهتر است از سطوح ایزولیشن بالاتر مانند Read Committed، Repeatable Read یا Serializable استفاده کنید.

  در نتیجه، Read Uncommitted سطحی از ایزولیشن است که به تراکنش‌ها اجازه می‌دهد داده‌های موقتی و ناقص را مشاهده کنند. این سطح به دلیل مشکلات مرتبط با آن، معمولاً توصیه نمی‌شود.

• Read Committed: سطح ایزولیشن متوسط

  Read Committed سطحی از ایزولیشن در تراکنش‌های پایگاه داده است که به تراکنش‌ها اجازه می‌دهد فقط داده‌هایی را بخوانند که توسط تراکنش‌های دیگر commit شده‌اند. این سطح از پدیده Dirty Read جلوگیری می‌کند، اما امکان وقوع Non-Repeatable Read و Phantom Read وجود دارد.

  مزایای Read Committed:

  • جلوگیری از Dirty Read: تراکنش‌ها نمی‌توانند داده‌های موقتی و ناقص را مشاهده کنند.
  • عملکرد بهتر: نسبت به سطوح ایزولیشن بالاتر، Read Committed معمولاً عملکرد بهتری دارد.

  مشکلات Read Committed:

  • Non-Repeatable Read: یک تراکنش ممکن است یک سطر را دو بار بخواند و در خواندن دوم، مقدار آن سطر به دلیل تغییر توسط تراکنش دیگری متفاوت باشد.
  • Phantom Read: یک تراکنش ممکن است یک مجموعه از سطرها را دو بار بخواند و در خواندن دوم، سطرهای جدیدی به آن مجموعه اضافه شده‌اند یا سطرهایی از آن حذف شده‌اند.

  کاربردهای Read Committed:

  • سیستم‌های گزارش‌گیری: برای گزارش‌های که نیاز به داده‌های دقیق و به روز دارند، Read Committed مناسب است.
  • سیستم‌های وب: در بسیاری از سیستم‌های وب، Read Committed برای خواندن داده‌ها از پایگاه داده استفاده می‌شود.

  ملاحظات:

  • اگر نیاز به جلوگیری از Non-Repeatable Read و Phantom Read دارید، باید از سطوح ایزولیشن بالاتر مانند Repeatable Read یا Serializable استفاده کنید.
  • انتخاب سطح ایزولیشن Read Committed به عوامل مختلفی مانند نیازهای کاربرد، عملکرد مورد انتظار و میزان همزمانی تراکنش‌ها بستگی دارد.

  در نتیجه، Read Committed سطحی از ایزولیشن است که به تراکنش‌ها اجازه می‌دهد فقط داده‌های commit شده را بخوانند. این سطح از پدیده Dirty Read جلوگیری می‌کند، اما امکان وقوع Non-Repeatable Read و Phantom Read وجود دارد.

• Repeatable Read: سطح ایزولیشن متوسط

  Repeatable Read سطحی از ایزولیشن در تراکنش‌های پایگاه داده است که به تراکنش‌ها تضمین می‌کند که در طول اجرای خود، همیشه همان مقادیر را می‌خوانند که در ابتدای تراکنش خوانده‌اند. این سطح از پدیده‌های Dirty Read و Non-Repeatable Read جلوگیری می‌کند، اما امکان وقوع Phantom Read وجود دارد.

  مزایای Repeatable Read:

  • جلوگیری از Dirty Read و Non-Repeatable Read: تراکنش‌ها نمی‌توانند داده‌های موقتی و ناقص را مشاهده کنند و در طول اجرای خود، همیشه همان مقادیر را می‌خوانند.
  • قوام داده‌ها: Repeatable Read به حفظ قوام داده‌ها در محیط‌های چندکاربره کمک می‌کند.

  مشکلات Repeatable Read:

  • Phantom Read: یک تراکنش ممکن است یک مجموعه از سطرها را دو بار بخواند و در خواندن دوم، سطرهای جدیدی به آن مجموعه اضافه شده‌اند یا سطرهایی از آن حذف شده‌اند.

  کاربردهای Repeatable Read:

  • سیستم‌های مالی: برای حفظ یکپارچگی داده‌های مالی، معمولاً از Repeatable Read یا Serializable استفاده می‌شود.
  • سیستم‌های رزرواسیون: برای جلوگیری از فروش یک بلیت به چندین نفر، Repeatable Read یا Serializable مناسب است.

  ملاحظات:

  • اگر نیاز به جلوگیری از Phantom Read دارید، باید از سطح ایزولیشن Serializable استفاده کنید.
  • انتخاب سطح ایزولیشن Repeatable Read به عوامل مختلفی مانند نیازهای کاربرد، عملکرد مورد انتظار و میزان همزمانی تراکنش‌ها بستگی دارد.

  در نتیجه، Repeatable Read سطحی از ایزولیشن است که به تراکنش‌ها تضمین می‌کند در طول اجرای خود همیشه همان مقادیر را می‌خوانند. این سطح از پدیده‌های Dirty Read و Non-Repeatable Read جلوگیری می‌کند، اما امکان وقوع Phantom Read وجود دارد.

• Serializable: بالاترین سطح ایزولیشن

  Serializable بالاترین سطح ایزولیشن در تراکنش‌های پایگاه داده است. در این سطح، تراکنش‌ها به گونه‌ای اجرا می‌شوند که انگار به صورت سریالی اجرا شده‌اند. این سطح از تمام پدیده‌های مرتبط با ایزولیشن (Dirty Read، Non-Repeatable Read و Phantom Read) جلوگیری می‌کند.

  مزایای Serializable:

  • بالاترین سطح یکپارچگی داده‌ها: Serializable تضمین می‌کند که تراکنش‌ها به صورت سریالی اجرا می‌شوند و از هرگونه ناهماهنگی در داده‌ها جلوگیری می‌کند.
  • قوام داده‌ها: Serializable به حفظ قوام داده‌ها در محیط‌های چندکاربره کمک می‌کند.

  مشکلات Serializable:

  • عملکرد پایین: Serializable ممکن است به دلیل قفل‌های زیاد، عملکرد سیستم را کاهش دهد.

  کاربردهای Serializable:

  • سیستم‌های مالی: برای حفظ یکپارچگی داده‌های مالی، معمولاً از Serializable استفاده می‌شود.
  • سیستم‌های کنترل موجودی: برای جلوگیری از فروش محصولاتی که موجودی ندارند، Serializable مناسب است.

  ملاحظات:

  • انتخاب سطح ایزولیشن Serializable به عوامل مختلفی مانند نیازهای کاربرد، عملکرد مورد انتظار و میزان همزمانی تراکنش‌ها بستگی دارد.
  • در برخی موارد، ممکن است استفاده از سطح ایزولیشن پایین‌تر مانند Repeatable Read یا Read Committed کافی باشد، به شرطی که نیازهای کاربرد را برآورده کند و عملکرد سیستم را بهبود بخشد.

  در نتیجه، Serializable بالاترین سطح ایزولیشن است که به تراکنش‌ها تضمین می‌کند به صورت سریالی اجرا می‌شوند. این سطح از تمام پدیده‌های مرتبط با ایزولیشن جلوگیری می‌کند، اما ممکن است عملکرد سیستم را کاهش دهد.

انتخاب سطح مناسب ایزولیشن

انتخاب سطح مناسب ایزولیشن یکی از تصمیمات مهم در طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های پایگاه داده است. این انتخاب به شدت بر عملکرد، یکپارچگی و همزمانی تراکنش‌ها تأثیر می‌گذارد.

عوامل مؤثر در انتخاب سطح ایزولیشن

• نیازهای کاربردی:
  • سطح یکپارچگی داده‌ها: اگر یکپارچگی داده‌ها بسیار مهم است (مانند سیستم‌های بانکی)، سطوح ایزولیشن بالاتر مانند Serializable توصیه می‌شود.
  • سطح همزمانی: اگر همزمانی تراکنش‌ها بسیار مهم است (مانند سیستم‌های تجارت الکترونیک)، سطوح ایزولیشن پایین‌تر ممکن است عملکرد بهتری داشته باشند اما ریسک یکپارچگی داده‌ها را افزایش می‌دهند.
• عملکرد سیستم:
  • سطوح ایزولیشن بالاتر معمولاً قفل‌های بیشتری ایجاد می‌کنند و در نتیجه عملکرد سیستم را کاهش می‌دهند.
  • سطوح ایزولیشن پایین‌تر به سیستم اجازه می‌دهند تا با همزمانی بیشتری کار کند اما ریسک پدیده‌های مانند Dirty Read را افزایش می‌دهند.

مثال‌های عملی

• • سیستم‌های مالی: در این سیستم‌ها، برای حفظ یکپارچگی داده‌های مالی، معمولاً از سطح ایزولیشن Serializable استفاده می‌شود.
  • سیستم‌های رزرواسیون: در این سیستم‌ها، برای جلوگیری از فروش یک بلیت به چندین نفر، سطح ایزولیشن Repeatable Read یا Serializable مناسب است.
  • سیستم‌های گزارش‌گیری: در این سیستم‌ها، جایی که قوام داده‌ها اهمیت کمتری دارد، سطح ایزولیشن Read Committed ممکن است کافی باشد.

در انتخاب سطح ایزولیشن، باید به این نکته توجه داشت که هر چه سطح ایزولیشن بالاتر باشد، قوام داده‌ها بیشتر تضمین می‌شود اما ممکن است عملکرد سیستم کاهش یابد.

نتیجه‌گیری

درک مفهوم ایزولیشن و انتخاب سطح مناسب آن برای هر کاربرد، به منظور تضمین یکپارچگی و قوام داده‌ها در پایگاه‌های داده بسیار مهم است.