Каково назначение каждого уровня изоляции транзакций в базах данных?

Уровни изоляции транзакций в базах данных определяют, насколько одна транзакция изолирована от изменений, вносимых другими параллельно выполняющимися транзакциями. Они влияют на баланс между согласованностью данных и производительностью. Стандарт SQL определяет четыре основных уровня изоляции, каждый из которых предотвращает определенные аномалии:

1. Read Uncommitted (Чтение незафиксированных данных):

   • Описание: Самый низкий уровень изоляции. Транзакция может видеть изменения, внесенные другими транзакциями, которые еще не были зафиксированы (committed).
   • Предотвращает: Ничего.
   • Допускает аномалии:
     • Грязное чтение (Dirty Read): Чтение незафиксированных данных, которые могут быть отменены.
     • Неповторяемое чтение (Non-Repeatable Read): Повторное чтение одних и тех же данных в рамках одной транзакции может дать разные результаты, если другая транзакция зафиксирует изменения между чтениями.
     • Фантомы (Phantom Read): Повторный запрос с теми же условиями может вернуть другой набор строк, если другая транзакция добавит или удалит строки, соответствующие условиям.
   • Применение: Редко используется из-за высокого риска несогласованности данных, иногда для очень быстрых, но некритичных отчетов.

2. Read Committed (Чтение зафиксированных данных):

   • Описание: Транзакция видит только те изменения, которые были зафиксированы другими транзакциями до момента начала текущего оператора (или транзакции, в зависимости от СУБД).
   • Предотвращает: Грязное чтение.
   • Допускает аномалии: Неповторяемое чтение, Фантомы.
   • Применение: Наиболее часто используемый уровень по умолчанию во многих СУБД (PostgreSQL, SQL Server, Oracle) из-за хорошего баланса между согласованностью и производительностью.

3. Repeatable Read (Повторяемое чтение):

   • Описание: Гарантирует, что любые данные, прочитанные в рамках транзакции, не изменятся другими транзакциями до её завершения. Если транзакция читает строку, она гарантированно увидит ту же версию этой строки при повторном чтении.
   • Предотвращает: Грязное чтение, Неповторяемое чтение.
   • Допускает аномалии: Фантомы (новые строки, соответствующие условиям запроса, могут появиться).
   • Применение: Используется, когда требуется стабильность чтения существующих данных в течение транзакции (например, для отчетов, требующих согласованности данных на момент начала транзакции). Уровень по умолчанию в MySQL (InnoDB).

4. Serializable (Сериализуемый):

   • Описание: Самый высокий и строгий уровень изоляции. Транзакции выполняются так, будто они идут последовательно, одна за другой, без какого-либо параллелизма. Это достигается путем блокировки или использования многоверсионного контроля параллелизма (MVCC) таким образом, чтобы предотвратить все аномалии.
   • Предотвращает: Грязное чтение, Неповторяемое чтение, Фантомы.
   • Допускает аномалии: Ничего.
   • Применение: Используется, когда требуется максимальная согласованность данных и целостность, например, в финансовых системах. Однако это может значительно снизить производительность из-за увеличения количества блокировок и конфликтов.

Пример в Go с sql.TxOptions:

В Go, при работе с пакетом database/sql, вы можете указать уровень изоляции при начале транзакции:

package main

import (
    "context"
    "database/sql"
    "fmt"
    _ "github.com/lib/pq" // Пример драйвера PostgreSQL
    "log"
    "time"
)

func main() {
    // Пример подключения к базе данных (замените на свои данные)
    connStr := "user=postgres password=postgres dbname=testdb sslmode=disable"
    db, err := sql.Open("postgres", connStr)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    defer db.Close()

    ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 5*time.Second)
    defer cancel()

    // Пример использования уровня изоляции Serializable
    opts := &sql.TxOptions{
        Isolation: sql.LevelSerializable,
        ReadOnly:  false,
    }

    tx, err := db.BeginTx(ctx, opts)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    // Выполнение операций в транзакции
    _, err = tx.ExecContext(ctx, "INSERT INTO users (name) VALUES ($1)", "Alice")
    if err != nil {
        _ = tx.Rollback()
        log.Fatal(err)
    }

    err = tx.Commit()
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    fmt.Println("Транзакция успешно завершена с уровнем изоляции Serializable")
}

Выбор уровня изоляции зависит от конкретных требований приложения к согласованности данных и допустимой производительности.