網路上查到簡單說明transaction的例子，常常都是用轉賬來說明，但其實還有很多東西需要注意

帳戶轉賬，因為race condition的緣故，導致操作欄位的值被改錯。

• A有100，B有40。

• A轉100元給B，B轉20元給A，由兩個不同的client來處理操作。

• 順序正確時：A會是減掉80

• 但是當順序不正確，則數字會錯掉，例如A很早取得現在的餘額（100），但是更新數字0慢了，導致A最終變成0元，因為在B轉完帳後才更新值。

以上的這個問題很明顯的是race condition。所謂的race condition是結果必須依賴與某種特定的順序，但是順序又並不是固定的，因此偶爾會出現錯誤。

解決race condition的方法

為了要解決race condition，必須得要讓操作依照我們期望的順序才操作，才能預防不對的順序導致的錯誤。為了要達到這個目標，資料庫本身有提供兩種方法：

1. atomic update：資料庫提供的一個，對於單一欄位數值做相依於原本值的操作指令。這個操作過程會是atomic的，也就是不會操作到一半值被改掉而導致結果出錯。

   update products set quantity = quantity -1 where id = 1;
   

   • 優點：因為只是對於欄位做簡單的數字運算並馬上更新上去，所以對於欄位的佔用時間相較下面的select for update較短，且資料庫會將這類atomic操作做優化，所以效能會比較好。

   • 缺點：只支援對於數值的簡單操作後更新，並不能做太複雜的運算。

2. select for update：這個操作被限制在transaction開起來的時候才能使用，使用時實際上就是將指定的欄位上一個更新的lock，此時直到commit之前，沒有其他client可以對這個欄位做任何更新。所以就能夠限制欄位更新的順序了。

   Begin;
   select quantity into $q from products where id = 1 for update;
   update products set quantity = $q-1;
   Commit;
   

   • 優點：因為有上鎖了，所以幾乎可以用各種邏輯運算來更新欄位的值。

   • 缺點：因為會在欄位上面上鎖，並且持續到commit位置，所以對於效能會有很大的影響。

3. version scheme ：在table上面多新增一個欄位叫做version，來確定現在更新時的version，是否從拿值的時候到現在還沒有被更新過。程式可以藉由資料庫回傳的訊息，是否有更改到任何row來判斷是否更新成功。

   old_ver = `select money, version from bank where name = A`
   `update bank set money = 30, version = version + 1 where name = A and version = old_ver`
   

   • 優點：能夠不使用任何鎖的時候實現。（或者還有其他我想不到的優點）

   • 缺點：可能會很浪費時間，尤其是當更新的頻率特別高的時候，可能很難可以得到把值更新下去的機會。並且失敗後得要重頭來過。可能會造成鎖的飢餓效應。

一開始提到的例子裡面真正用到transaction功能的地方

• 利用transaction遇到錯誤時會rollback的特性，來在餘額小於0的時候，復原到還未轉賬之前的狀態。

• 如何檢查餘額小於0，並在此時丟出錯誤呢？

  1. 利用select for update鎖住欄位更新，在此時檢查，通過且做完操作後commit，釋放鎖。就可以避免此時有其他操作更動到這個帳戶的餘額。

     • 優點：可以實作各種複雜的檢查邏輯

     • 缺點：必須為這個帳戶的餘額上鎖，此時沒有其他人可以操作（也就是沒有其他人可以轉賬給他、領錢等操作），會導致效能低下。

  2. 利用check constraint 來讓資料庫在欄位不符合規範的時候丟出錯誤。此時就可以配合transaction來rollback復原了。

     • 優點：因為check constraint是資料庫提供可以給欄位增加規範的設定，檢查會在更新的時候做，所以即使背後有使用鎖，所花費的時間會比用select for update還要少。

     • 缺點：只能依照資料庫提供的有限constraint來設定，並不一定能夠做到想要的規範。

結論

• 遇到需要注意順序的操作，先試著能不能使用atomic update的方式來完成需求，沒有辦法的時候才會使用select for update的方式來限制進到這個transaction後，必須要操作完這邊的指令後，才能換別人改值。

• 遇到需要檢查數值符不符合規範，先試著用check constraint來限制欄位，真的沒有辦法，才會採用select for update的方式來將欄位上鎖，來做檢查。

參考資料

• How to avoid the race condition and the negative value

• check constraint

• select for update 詳解

• check constraint