云開發(fā) 原子操作和事務(wù)

使用更新指令（如 inc、mul、addToSet）可以對云數(shù)據(jù)庫的一條記錄和記錄內(nèi)的子文檔（結(jié)合反范式化設(shè)計）進(jìn)行原子操作，但是如果要跨多個記錄或跨多個集合的原子操作時，就需要使用云數(shù)據(jù)庫的事務(wù)能力。

一、更新指令的原子操作

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是很難做到通過一個語句對數(shù)據(jù)強(qiáng)制一致性的需求來表示的，只能依賴事務(wù)。但是云開發(fā)數(shù)據(jù)庫由于可以反范式化設(shè)計內(nèi)嵌子文檔，以及更新指定可以對單個記錄或同一個記錄內(nèi)的子文檔進(jìn)行原子操作，所以通常情況下，云開發(fā)數(shù)據(jù)庫不必使用事務(wù)。

比如調(diào)整某個訂單項目的數(shù)量之后，應(yīng)該同時更新該訂單的總費(fèi)用，我們可以設(shè)計采用如下方式設(shè)計該集合，比如訂單的集合為order：

{
  "_id": "2020030922100983",
  "userID": "124785",
  "total":117,
  "orders": [{
    "item":"蘋果",
    "price":15,
    "number":3
  },{
    "item":"火龍果",
    "price":18,
    "number":4
  }]
}

客戶在下單的時候經(jīng)常會調(diào)整訂單內(nèi)某個商品比如蘋果的購買數(shù)量，而下單的總價又必須同步更新，不能購買數(shù)量減少了，但是總價不變，這兩個操作必須同時進(jìn)行，如果是使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，則需要先通過兩次查詢，更新完數(shù)據(jù)之后，再存儲進(jìn)數(shù)據(jù)庫，這個很容易出現(xiàn)有的成功，有的沒有成功的情況。但是云開發(fā)的數(shù)據(jù)庫則可以借助于更新指令做到一條更新來實(shí)現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)同時成功或失?。?/p>

db.collection('order').doc('2020030922100983')
  .update({
    data: {
      "orders.0.number": _.inc(1),
      "total":_.inc(15)
    }
  })

這個操作只是在單個記錄里進(jìn)行，那要實(shí)現(xiàn)跨記錄要進(jìn)行原子操作呢？更新指令其實(shí)是可以做到事務(wù)仿真的，但是比較麻煩，這時就建議用事務(wù)了。

二、事務(wù)與ACID

事務(wù)就是一段數(shù)據(jù)庫語句的批處理，但是這個批處理是一個atom（原子），多個增刪改的操作是綁定在一起的，不可分割，要么都執(zhí)行，要么回滾（rollback）都不執(zhí)行。比如銀行轉(zhuǎn)賬，需要做到一個賬戶的錢匯出去了，那另外一個賬戶就一定會收到錢，不能錢匯出去了，但是錢沒有到另外一個的賬上；也就是要執(zhí)行轉(zhuǎn)賬這個事務(wù)，會對A用戶的賬戶數(shù)據(jù)和B用戶的賬戶數(shù)據(jù)做增刪改的處理，這兩個處理必須一起成功一起失敗。

1.ACID

一般來說，事務(wù)是必須滿足4個條件（ACID）： Atomicity（原子性）、Consistency（穩(wěn)定性）、Isolation（隔離性）、Durability（可靠性）：

• 原子性：整個事務(wù)中的所有操作要么全部提交成功，要么全部失敗回滾，對于一個事務(wù)來說，不可能只執(zhí)行其中一部分操作，

• 一致性：事務(wù)的執(zhí)行不能破壞數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的完整性和一致性，一個事務(wù)在執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)庫都必須處于一致性狀態(tài)。換句話說，事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果必須是使數(shù)據(jù)庫從一個一致性狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個一致性狀態(tài)。比如在執(zhí)行事務(wù)前，A用戶賬戶有50元，B用戶賬戶有150元；執(zhí)行B轉(zhuǎn)給A 50元事務(wù)后，兩個用戶賬戶總和還是200元。

• 隔離性：事務(wù)的隔離性是指在并發(fā)環(huán)境中，當(dāng)不同的事務(wù)同時操縱相同的數(shù)據(jù)時，每個事務(wù)都有各自的完整數(shù)據(jù)空間事務(wù)之間，互不干擾。比如在線銀行，同時轉(zhuǎn)賬的人雖然很多，但是不會出現(xiàn)影響A與B之間的轉(zhuǎn)賬；

• 可靠性：即使發(fā)生系統(tǒng)崩潰或機(jī)器宕機(jī)等故障，只要數(shù)據(jù)庫能夠重新啟動，那么一定能夠?qū)⑵浠謴?fù)到事務(wù)成功結(jié)束時的狀態(tài)，已提交事務(wù)的更新不會丟失。

2.云函數(shù)事務(wù)注意事項

(1)不支持批量操作，只支持單記錄操作

在事務(wù)中不支持批量操作（where 語句），只支持單記錄操作（collection.doc, collection.add），這可以避免大量鎖沖突、保證運(yùn)行效率，并且大多數(shù)情況下，單記錄操作足夠滿足需求，因?yàn)樵谑聞?wù)中是可以對多個單個記錄進(jìn)行操作的，也就是可以比如說在一個事務(wù)中同時對集合 A 的記錄 x 和 y 兩個記錄操作、又對集合 B 的記錄 z 操作。

(2)云數(shù)據(jù)庫采用的是快照隔離

對于兩個并發(fā)執(zhí)行的事務(wù)來說，如果涉及到操作同一條記錄的時候，可能會發(fā)生問題。因?yàn)椴l(fā)操作會帶來數(shù)據(jù)的不一致性，包括臟讀、不可重復(fù)讀、幻讀等。

• 臟讀：指當(dāng)一個事務(wù)正在訪問數(shù)據(jù)，并且對數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，而這種修改還沒有提交到數(shù)據(jù)庫中，這時，另外一個事務(wù)也訪問這個數(shù)據(jù)，然后使用了這個數(shù)據(jù)；

• 不可重復(fù)讀：在一個事務(wù)內(nèi)兩次讀到的數(shù)據(jù)是不一樣的，受到另一個事務(wù)修改后提交的影響，因此稱為是不可重復(fù)讀

• 幻讀：第一個事務(wù)對表進(jìn)行讀取，當(dāng)?shù)诙€事務(wù)對表進(jìn)行增加或刪除操作事務(wù)提交后，第一個事務(wù)再次讀取，會出現(xiàn)增加或減少行數(shù)的情況

云開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的事務(wù)過程采用的是快照隔離（Snapshot isolation），可以避免并發(fā)操作帶來數(shù)據(jù)不一致的問題。

• 事務(wù)期間，讀操作返回的是對象的快照，而非實(shí)際數(shù)據(jù)

• 事務(wù)期間，寫操作會：1. 改變快照，保證接下來的讀的一致性；2. 給對象加上事務(wù)鎖

• 事務(wù)鎖：如果對象上存在事務(wù)鎖，那么：1. 其它事務(wù)的寫入會直接失??；2. 普通的更新操作會被阻塞，直到事務(wù)鎖釋放或者超時

• 事務(wù)提交后，操作完畢的快照會被原子性地寫入數(shù)據(jù)庫中

三、事務(wù)操作的兩套API

云開發(fā)數(shù)據(jù)庫的事務(wù)提供兩種操作風(fēng)格的接口，一個是簡易的、帶有沖突自動重試的 runTransaction 接口，一個是流程自定義控制的 startTransaction 接口。通過 runTransaction 回調(diào)中獲得的參數(shù) transaction 或通過 startTransaction 獲得的返回值 transaction，我們將其類比為 db 對象，只是在其上進(jìn)行的操作將在事務(wù)內(nèi)的快照完成，保證原子性。transaction 上提供的接口樹形圖一覽：

transaction
|-- collection       獲取集合引用
|   |-- doc          獲取記錄引用
|   |   |-- get      獲取記錄內(nèi)容
|   |   |-- update   更新記錄內(nèi)容
|   |   |-- set      替換記錄內(nèi)容
|   |   |-- remove   刪除記錄
|   |-- add          新增記錄
|-- rollback         終止事務(wù)并回滾
|-- commit           提交事務(wù)（僅在使用 startTransaction 時需調(diào)用）  

1.通過 runTransaction 回調(diào)獲得 transaction

以下提供一個使用 runTransaction 接口的，兩個賬戶之間進(jìn)行轉(zhuǎn)賬的簡易示例。事務(wù)執(zhí)行函數(shù)由開發(fā)者傳入，函數(shù)接收一個參數(shù) transaction，其上提供 collection 方法和 rollback 方法。collection 方法用于取數(shù)據(jù)庫集合記錄引用進(jìn)行操作，rollback 方法用于在不想繼續(xù)執(zhí)行事務(wù)時終止并回滾事務(wù)。

const cloud = require('wx-server-sdk')
cloud.init({
  env: cloud.DYNAMIC_CURRENT_ENV
})
const _ = db.command
exports.main = async (event) => {
  try {
    const result = await db.runTransaction(async transaction => {
      const aaaRes = await transaction.collection('account').doc('aaa').get()
      const bbbRes = await transaction.collection('account').doc('bbb').get()
      if (aaaRes.data && bbbRes.data) {
        const updateAAARes = await transaction.collection('account').doc('aaa').update({
          data: {
            amount: _.inc(-10)
          }
        })
        const updateBBBRes = await transaction.collection('account').doc('bbb').update({
          data: {
            amount: _.inc(10)
          }
        })
        console.log(`transaction succeeded`, result)
        return {
          aaaAccount: aaaRes.data.amount - 10,
        }
      } else {
        await transaction.rollback(-100)
      }
    })
    return {
      success: true,
      aaaAccount: result.aaaAccount,
    }
  } catch (e) {
    console.error(`事務(wù)報錯`, e)
    return {
      success: false,
      error: e
    }
  }
}

事務(wù)執(zhí)行函數(shù)必須為 async 異步函數(shù)或返回 Promise 的函數(shù)，當(dāng)事務(wù)執(zhí)行函數(shù)返回時，SDK 會認(rèn)為用戶邏輯已完成，自動提交（commit）事務(wù)，因此務(wù)必確保用戶事務(wù)邏輯完成后才在 async 異步函數(shù)中返回或 resolve Promise。

2.通過 startTransaction 獲得transaction

• db.startTransaction(),開啟一個新的事務(wù)，之后即可進(jìn)行 CRUD 操作;

• db.startTransaction().transaction.commit()，提交事務(wù)保存數(shù)據(jù)，在提交之前事務(wù)中的變更的數(shù)據(jù)對外是不可見的；

• db.startTransaction().rollback(),事務(wù)終止并回滾事務(wù)，例如，一部分?jǐn)?shù)據(jù)更新失敗，對已修改過的數(shù)據(jù)也進(jìn)行回滾。

const cloud = require('wx-server-sdk')
cloud.init({
  env: cloud.DYNAMIC_CURRENT_ENV
})
const db = cloud.database({
  throwOnNotFound: false,
})
const _ = db.command


exports.main = async (event) => {
  try {
    const transaction = await db.startTransaction()
    const aaaRes = await transaction.collection('account').doc('aaa').get()
    const bbbRes = await transaction.collection('account').doc('bbb').get()
    if (aaaRes.data && bbbRes.data) {
      const updateAAARes = await transaction.collection('account').doc('aaa').update({
        data: {
          amount: _.inc(-10)
        }
      })
      const updateBBBRes = await transaction.collection('account').doc('bbb').update({
        data: {
          amount: _.inc(10)
        }
      })
      await transaction.commit()
      return {
        success: true,
        aaaAccount: aaaRes.data.amount - 10,
      }
    } else {
      await transaction.rollback()
      return {
        success: false,
        error: `rollback`,
        rollbackCode: -100,
      }
    }
  } catch (e) {
    console.error(`事務(wù)報錯`, e)
  }
}

也就是說對于多用戶同時操作（主要是寫）數(shù)據(jù)庫的并發(fā)處理問題，我們不僅可以使用原子更新，還可以使用事務(wù)。其中原子更新主要用戶操作單個記錄內(nèi)的字段或單個記錄里內(nèi)嵌的數(shù)組對象里的字段，而事務(wù)則主要是用于跨記錄和跨集合的處理。