管理撤销数据（二）

事务隔离

在 Oracle 中，如果一个用户的事务没有提交，那么 只有该用户可以看到事务中的结果，而 其他用户无法看到，即使他们查询的是相同的数据表。这种行为是由 Oracle 实现的 事务隔离级别 和 读一致性 原则决定的。具体来说，Oracle 使用了 多版本并发控制（MVCC，Multi-Version Concurrency Control） 和 事务隔离 的机制来保证这一点。

1. 事务隔离级别和可见性

Oracle 数据库支持 ACID 属性（原子性、一致性、隔离性、持久性）中的 隔离性，通过不同的事务隔离级别来管理事务之间的并发行为。在默认情况下，Oracle 使用的是 READ COMMITTED 隔离级别。

READ COMMITTED（已提交读） 隔离级别

在 READ COMMITTED 隔离级别下：

• 已提交事务的修改才对其他事务可见。
• 未提交事务的修改 对其他事务 不可见，即便其他用户查询相同的表或数据。

解释原因：
Oracle 保证在 已提交读 隔离级别下，一个事务只能看到其他已提交事务所做的修改，而看不到未提交事务的修改。即使其他事务在同一时刻对同一数据进行了修改，只要这些事务没有提交，其他事务的修改对它们来说是不可见的。

2. 为什么未提交事务的结果只能被自己看到？

2.1 多版本并发控制（MVCC）

Oracle 使用 多版本并发控制（MVCC）来提供读一致性。对于一个正在执行的事务，Oracle 会为其查询提供一个快照，即查询时数据的“历史版本”。这个快照是事务开始时的数据库状态，所有后续的查询都会基于这个快照，确保事务中的查询不会看到其他事务尚未提交的数据。

具体来说：

• 当事务查询数据时，Oracle 会提供一个数据的一致视图，该视图只包含在当前事务开始之前已提交的修改。
• 如果某个事务修改了数据，但没有提交，其他事务无法看到这些修改。只有当事务提交时，这些修改才会对其他事务可见。

2.2 事务隔离与并发控制

Oracle 确保不同事务之间的隔离性，以避免“脏读”（dirty reads）、“不可重复读”（non-repeatable reads）和“幻读”（phantom reads）等问题：

• 脏读：指的是一个事务读取了另一个事务未提交的数据，这些数据如果未提交，则可能会被回滚，导致第一个事务读取到不真实的内容。
• 不可重复读：指的是一个事务在两次读取同一数据时，另一个事务在这两次读取之间修改了该数据，导致数据内容不一致。
• 幻读：指的是一个事务在读取数据时，另一个事务插入了新数据，导致查询结果集发生变化。

在 READ COMMITTED 隔离级别下，脏读 是被避免的，但 不可重复读 是可能的。而在 未提交事务 的情况下，Oracle 会完全隔离该事务的修改，避免其他事务看到未提交的更改。

MVCC

多版本并发控制（MVCC，Multi-Version Concurrency Control） 是一种数据库并发控制方法，它允许多个事务并发执行而不会互相干扰，同时确保数据库的一致性和隔离性。Oracle 数据库广泛使用 MVCC 来保证事务的隔离性，特别是在读一致性和避免脏读方面。

在 Oracle 中，MVCC 通过为每个数据行维护多个版本（或快照）来实现事务隔离。每个事务看到的数据库内容是事务开始时的一个一致性快照，**避免了“脏读”和“不可重复读”**的问题，并且支持高并发的数据访问。

1. MVCC 基本概念

MVCC 的核心思想是：每个事务对数据的修改都会生成一个新的数据版本，而其他事务则读取该数据时会看到一个历史版本（即事务开始时的数据快照）。这种方式允许多个事务同时操作同一数据，但彼此之间不会互相干扰。

关键要点：

• 数据版本：每次数据修改（如插入、更新）都会产生数据的新版本，每个版本会关联一个 事务ID，以标识该版本由哪个事务创建。
• 一致性快照：每个事务从开始时起都有一个数据库的“快照”，事务只能看到这个快照中的数据，而看不到其他事务未提交的更改。
• 撤销和重做（UNDO & REDO）：事务修改的数据首先保存在内存中的 缓冲区 和 UNDO 表空间 中，直到事务提交或回滚。

2. MVCC 的工作原理

MVCC 在 Oracle 中的实现方式基于 事务标识符（TX ID） 和 时间戳 来维护数据版本，每次对数据进行修改时，数据库会生成一个新的版本，并且通过一些策略来确定不同事务对数据的可见性。

2.1 事务的版本控制

当事务对数据行进行操作（如 UPDATE 或 INSERT）时，Oracle 会创建一个新的数据版本并将其存储在数据块（data block）中。在每个数据版本中，都会记录相关的 事务ID 和 时间戳 信息，标识该版本是由哪个事务创建的。

• 事务开始时的快照：当一个事务开始时，Oracle 会给它一个事务ID（TX ID）。该事务会看到它开始时数据库的快照，也就是说，它只能看到在该事务启动之前已经提交的数据。这确保了事务之间的隔离性。
• 数据行的版本管理：每当一个事务对某行数据进行修改时，会创建一个新的数据版本，同时会记录该数据版本的事务ID和其他元数据。这些新的数据版本存储在数据块中，并且与其他事务正在进行的操作隔离开来。

2.2 数据版本的维护

每个数据行都会与一个 撤销（UNDO）记录 和一个 数据版本标识（如事务ID）相关联。这样，Oracle 就能够维护多版本的数据。

• 数据行的当前版本：一个数据行在数据库中的每次更新都会产生一个新的版本。每个版本的存在都被标记上了事务ID，并且会有不同的 可见性范围，即该数据版本对哪些事务可见。
• 撤销（UNDO）信息：如果某个事务更新了数据并且未提交，那么这些更新会保存在 UNDO 表空间 中，以便在事务回滚时撤销修改。其他事务在查询时，不会看到这些未提交的修改。

2.3 事务隔离与数据可见性

MVCC 的关键在于 数据可见性，即哪些事务能够看到哪些数据版本。Oracle 的 MVCC 通过以下规则来决定数据行的可见性：

• 事务开始时的快照：每个事务在启动时都获得一个一致性快照，即数据库的当前状态，所有对该事务的查询将基于这个快照进行。这个快照反映了事务开始时数据库的状态，事务无法看到其他事务未提交的修改。

• 读取一致性：Oracle 确保事务始终读取到一致性的数据。例如，如果事务 A 在执行查询时，事务 B 对某行数据进行了更新，事务 A 不会看到事务 B 的修改，直到事务 B 提交并提交数据修改到数据文件中。换句话说，事务 A 只会读取到其启动时可见的数据版本，而不能看到其他事务的未提交更改。

• 数据版本的过期和清理：随着事务的进行，旧版本的记录会被标记为过期，不再可见，并且这些过期的数据会在合适的时候被清理（例如，垃圾回收），释放存储空间。

2.4 如何确保隔离性

MVCC 的隔离性通过以下机制来实现：

1. 事务的快照隔离：当一个事务开始时，Oracle 会为其创建一个数据快照，确保事务内的查询只看到一致的旧版本数据，而不受其他并发事务影响。

2. 撤销（UNDO）数据：当事务对数据进行修改时，Oracle 会先将修改前的原始数据保存在 UNDO 表空间 中，如果事务回滚，需要将这些修改撤销回去。如果事务没有提交，则其他事务无法看到这些修改。

3. 提交和可见性：只有当事务提交时，它对数据所做的修改才会被 其他事务 可见。此时，修改后的数据版本会被持久化到数据文件，并且 REDO 日志 也会记录下这些修改，以便于数据库恢复。

3. 举例：MVCC 的实际操作

假设有两个事务，事务 A 和事务 B，它们操作同一行数据。

3.1 事务 A 执行：

• 事务 A 启动，并读取某个数据行（假设是 empno = 100 的员工记录）。Oracle 会为事务 A 提供该数据的快照，即事务 A 开始时的版本。假设此时该行数据的 salary 为 3000。
• 事务 A 对 salary 字段执行 UPDATE，将其修改为 4000。Oracle 会创建一个新的数据版本，并将该版本与事务 A 的事务 ID 关联。数据的 salary 字段现在在内存中是 4000，但原数据文件中的 salary 仍然是 3000（未提交）。

3.2 事务 B 执行：

• 事务 B 启动，并且在事务 A 提交之前，事务 B 也查询 empno = 100 的记录。由于事务 B 开始时的快照是事务 B 启动时的数据库状态，它将看到 事务 A 修改之前的 salary 值，即 3000，因为事务 B 不会看到事务 A 未提交的修改。

3.3 事务 A 提交：

• 当事务 A 提交时，它修改的数据（salary = 4000）会被写入原始数据文件。此时，事务 A 的修改对其他事务可见。
• 事务 B 如果再次查询该记录，将看到 salary = 4000，这是因为事务 A 提交后，修改变得对所有事务可见。

4. MVCC 的优点

MVCC 的使用带来以下优点：

• 高并发性：MVCC 允许多个事务并发执行，因为它们对数据的修改不会立即影响其他事务。每个事务都能看到它自己开始时的数据快照，避免了资源争用和锁竞争。
• 读一致性：MVCC 可以为每个事务提供一致的视图，避免脏读、不可重复读等问题。每个事务的查询操作都基于其开始时的快照，确保了数据的一致性。
• 回滚操作：当事务回滚时，Oracle 使用 UNDO 数据 恢复原始数据，而不需要直接修改已经提交的数据。

5. MVCC 的缺点

虽然 MVCC 提供了很多优势，但它也有一些缺点：

• 空间开销：每次修改都会生成新的数据版本，需要额外的存储空间来维护数据的多个版本和撤销记录，尤其是当事务非常频繁时。
• 版本清理：随着数据版本的增多，Oracle 需要定期清理过期的版本，释放存储空间。这一过程有时可能会导致性能问题，特别是在高并发和长时间运行的事务中。

Undo 段 在 Oracle 数据库中的三个主要用途：

1. 事务回滚（Transaction Rollback）：

• 当事务修改了表中的数据时，Oracle 会将修改前的数据（称为 Undo 数据）保存到 Undo >段中。如果事务回滚，Oracle 会使用 Undo 数据将数据恢复到修改前的状态。

2. 事务恢复（Transaction Recovery）：

• 如果数据库实例在事务执行过程中发生故障，当数据库重新启动时，Oracle 会使用 Undo 段中的数据来撤销未提交的更改，确保数据库恢复到一致的状态。这一过程依赖于 Undo 数据和重做日志的配合。

3. 读一致性（Read Consistency）：

• 在事务进行时，其他用户不能看到未提交的修改。同时，一个查询语句执行时，不能看到该语句开始后提交的任何更改。Undo 段中的旧数据确保了查询结果的一致性，避免了脏读现象的发生。

undo表空间的增加、删除、切换

1. 增加 Undo 表空间（Add Undo Tablespace）

在 Oracle 数据库中，如果现有的 Undo 表空间空间不足，或者为了提高性能，需要增加新的 Undo 表空间。增加 Undo 表空间的操作通常有两种方式：

• 创建新的 Undo 表空间：这会为数据库创建一个新的 Undo 表空间，新的事务会开始使用这个表空间。
• 扩展现有的 Undo 表空间：如果现有的 Undo 表空间没有足够的空间，可以通过添加数据文件来扩展它。

(1) 创建新的 Undo 表空间

创建新的 Undo 表空间时，需要指定表空间的名称和数据文件的位置及大小。比如：

-- 创建新的 Undo 表空间
CREATE UNDO TABLESPACE undotbs2
    DATAFILE '/u01/app/oracle/oradata/ORCL/undotbs02.dbf' 
    SIZE 200M
    AUTOEXTEND ON NEXT 20M MAXSIZE UNLIMITED;

• UNDO TABLESPACE undotbs2：指定新的 Undo 表空间的名称。
• DATAFILE ‘/u01/app/oracle/oradata/ORCL/undotbs02.dbf’：指定数据文件的路径和名称。
• SIZE 200M：初始大小为 200MB。
• AUTOEXTEND ON NEXT 20M MAXSIZE UNLIMITED：允许数据文件自动扩展，每次扩展 20MB，最大大小无限制。

(2) 扩展现有的 Undo 表空间

如果现有的 Undo 表空间已经用完，可以通过添加数据文件来扩展它。使用以下命令：

-- 向现有的 Undo 表空间添加数据文件
ALTER DATABASE DATAFILE '/u01/app/oracle/oradata/ORCL/undotbs01.dbf' 
RESIZE 500M;

或者，添加新的数据文件：

-- 向现有的 Undo 表空间添加新的数据文件
ALTER TABLESPACE undotbs1 
ADD DATAFILE '/u01/app/oracle/oradata/ORCL/undotbs03.dbf' SIZE 200M;

• RESIZE 500M：将现有的 Undo 数据文件大小调整为 500MB。
• ADD DATAFILE：向现有的 Undo 表空间添加新的数据文件。

2. 删除 Undo 表空间（Drop Undo Tablespace）

删除 Undo 表空间时，首先需要确保没有活动的事务使用这个表空间。删除 Undo 表空间通常需要以下步骤：

1. 切换到另一个 Undo 表空间：确保所有事务使用新的 Undo 表空间。
2. 删除旧的 Undo 表空间。

(1) 切换到新的 Undo 表空间

在删除 Undo 表空间之前，必须先将数据库的 Undo 表空间切换到另一个表空间。

-- 切换到新的 Undo 表空间
ALTER SYSTEM SET UNDO_TABLESPACE = undotbs2;   # 将 Undo 表空间切换到 `undotbs2`。

(2) 删除 Undo 表空间

一旦切换到新的 Undo 表空间，您可以删除旧的 Undo 表空间。注意，如果 Undo 表空间中有未使用的文件，可以直接删除；否则，可能需要手动删除其中的文件。

-- 删除 Undo 表空间
DROP TABLESPACE undotbs1 INCLUDING CONTENTS AND DATAFILES;

• INCLUDING CONTENTS AND DATAFILES：删除 Undo 表空间及其内容和数据文件。

DROP TABLESPACE undotbs1;  # 只是想删除表空间本身，而不删除数据文件

3. 切换 Undo 表空间（Switch Undo Tablespace）

切换 Undo 表空间是指改变数据库使用的 Undo 表空间，这通常在系统维护、扩展或清理时发生。通过设置 UNDO_TABLESPACE 参数来切换。

(1) 查看当前的 Undo 表空间

-- 查看当前的 Undo 表空间
SHOW PARAMETER UNDO_TABLESPACE; 

或者：

-- 查看当前 Undo 表空间的名称
SELECT * FROM v$parameter WHERE name = 'undo_tablespace';

(2) 切换 Undo 表空间

如前所述，切换 Undo 表空间需要使用 ALTER SYSTEM 命令：

-- 切换到新的 Undo 表空间
ALTER SYSTEM SET UNDO_TABLESPACE = undotbs2;

这样，所有新的事务和操作将开始使用新的 Undo 表空间 undotbs2。