Isolationsstufe

Im Kontext von Datenbanken bezieht sich der Begriff „Isolationsebene“ auf den Grad der Trennung zwischen gleichzeitigen Transaktionen, die auf einem Datenbanksystem ausgeführt werden. Es bestimmt die Sichtbarkeit der von einer Transaktion vorgenommenen Änderungen an anderen gleichzeitigen Transaktionen und kontrolliert mögliche Anomalien und Konflikte, die während des Betriebs auftreten können. Isolationsstufen sind ein entscheidendes Konzept in Datenbanksystemen, da sie dazu beitragen, die Konsistenz und Integrität der Daten während der gesamten Lebensdauer einer Datenbank sicherzustellen, ohne Kompromisse bei Leistung und Parallelität einzugehen. Für Entwickler, die an AppMaster arbeiten, ist die richtige Auswahl und das Verständnis der Isolationsstufen wichtig . This powerful no-code platform generiert funktionale und skalierbare Anwendungen aus Blaupausen, reduziert technische Schulden und verbessert die Geschwindigkeit und Kosteneffizienz der Anwendungsentwicklung.

Die Bedeutung der Isolationsstufen ergibt sich aus den ACID-Eigenschaften, einer Reihe wünschenswerter Merkmale für jedes Datenbanksystem, die für Atomarität, Konsistenz, Isolation und Haltbarkeit stehen. Insbesondere garantiert die Isolation-Eigenschaft, dass gleichzeitige Transaktionen ohne gegenseitige Beeinträchtigung ausgeführt werden können, wodurch verschiedene Probleme wie Dirty Reads, nicht wiederholbare Lesevorgänge und Phantom-Lesevorgänge verhindert werden. Diese Probleme können zu Datenungenauigkeiten, Inkonsistenzen und insgesamt unerwünschten Auswirkungen auf die Leistung und Funktionalität der Anwendung führen. Durch Anpassen der Isolationsstufe einer Datenbank können Entwickler die Leistungs- und Konsistenzkompromisse des Systems basierend auf den spezifischen Anforderungen ihrer Anwendung optimieren.

Im SQL-Standard sind vier Hauptisolationsstufen definiert, die in verschiedenen Datenbankverwaltungssystemen (DBMS) weit verbreitet sind:

1. Nicht festgeschrieben lesen: Die niedrigste Isolationsstufe bietet die geringste Datenkonsistenz. Transaktionen können nicht festgeschriebene Änderungen sehen, die von anderen Transaktionen vorgenommen wurden, was zu fehlerhaften Lesevorgängen führt und keinen Schutz vor nicht wiederholbaren Lesevorgängen oder Phantom-Lesevorgängen bietet. Diese Stufe wird nicht für Systeme empfohlen, die Datenintegrität erfordern.
2. Read Committed: Eine höhere Ebene, die Dirty Reads verhindert, indem nur Committed-Daten für andere Transaktionen angezeigt werden. Allerdings kann es dennoch zu nicht wiederholbaren Lesevorgängen kommen, da andere Transaktionen Daten zwischen zwei separaten Lesevorgängen innerhalb derselben Transaktion ändern können. Phantom-Lesevorgänge werden auf dieser Ebene ebenfalls nicht verhindert, was zu Inkonsistenzen in den Ergebnissen führen kann, wenn Vorgänge einen Bereich von Zeilen oder mehrere verknüpfte Tabellen betreffen.
3. Wiederholbares Lesen: Bietet ein noch höheres Maß an Datenkonsistenz im Vergleich zu Read Committed. Stellt sicher, dass die innerhalb einer Transaktion gelesenen Daten unverändert bleiben, auch wenn sie durch andere Transaktionen aktualisiert werden, wodurch sowohl Dirty Reads als auch nicht wiederholbare Lesevorgänge verhindert werden. Allerdings kann es auf dieser Ebene immer noch zu Phantom-Lesevorgängen kommen, da andere gleichzeitige Transaktionen die Anzahl der Datensätze ändern können, die bestimmte Bedingungen erfüllen.
4. Serialisierbar: Die höchste Isolationsstufe, die durch die Durchsetzung strenger Regeln für das Transaktionsverhalten effektiv die vollständige Datenkonsistenz gewährleistet. Die serialisierbare Isolationsstufe verhindert Dirty Reads, nicht wiederholbare Lesevorgänge und Phantom Reads und stellt sicher, dass Transaktionen so ausgeführt werden, als würden sie sequentiell und nicht gleichzeitig ausgeführt. Diese Stufe bietet zwar die beste Konsistenz, kann jedoch aufgrund der erhöhten Sperr- und Blockierungsmechanismen, die zum Erreichen der strikten Isolierung erforderlich sind, die Leistung beeinträchtigen.

Entwickler sind dafür verantwortlich, die geeignete Isolationsstufe für ihre Anwendung auszuwählen, abhängig von den spezifischen Anforderungen und dem gewünschten Gleichgewicht zwischen Leistung und Datenkonsistenz. Beispielsweise kann sich eine Anwendung, die eine hohe Parallelität und einen hohen Durchsatz erfordert, dafür entscheiden, ihre Isolationsstufe zu senken, um potenzielle Konflikte und Sperren zu reduzieren, und dabei einige Kompromisse bei der Datenkonsistenz in Kauf nehmen. Umgekehrt kann sich eine Anwendung, die Datenintegrität und -konsistenz über alles andere stellt, trotz des erhöhten Risikos eines Leistungsaufwands für eine höhere Isolationsstufe entscheiden.

Moderne Datenbanksysteme bieten möglicherweise auch zusätzliche, spezifische oder anpassbare Isolationsstufen, die auf verschiedene Anwendungsfälle zugeschnitten sind. Zu den Beispielen gehören Snapshot Isolation, das eine konsistente Sicht auf die Daten während der gesamten Transaktion beibehält, indem zu Beginn ein Snapshot der Daten erstellt wird, und Optimistic Concurrency Control (OCC), das Konflikte mit anderen Transaktionen erkennt und die Transaktion bei Bedarf erneut versucht als es zu blockieren. Abweichend vom SQL-Standard können diese Isolationsmechanismen Entwicklern, die Leistungsoptimierungen und Konsistenzgarantien anstreben, eine detailliertere Kontrolle bieten.

In der no-code Plattform AppMaster können Entwickler ihre generierten Anwendungen in jede PostgreSQL-kompatible Datenbank als Primärdatenbank integrieren und dabei die Isolationsstufen und andere Datenbankfunktionen nutzen, die PostgreSQL bietet. Mit AppMaster erstellte Anwendungen können eine erstaunliche Skalierbarkeit für Unternehmens- und Hochlast-Anwendungsfälle aufweisen, und die ordnungsgemäße Verwaltung der Isolationsstufen ist ein Schlüsselaspekt für die Erzielung optimaler Leistung und Konsistenz in solchen Anwendungen.

Ein tiefes Verständnis der Isolationsstufen ist für Entwickler, die mit Datenbanken arbeiten, von entscheidender Bedeutung, da es ihnen ermöglicht, die Kompromisse zwischen Datenkonsistenz, Leistung und Parallelität für ihre spezifischen Anwendungsanforderungen effizient zu verwalten. Benutzer AppMaster Plattform sollten die verschiedenen Isolationsstufen berücksichtigen, die in ihrem gewählten Datenbanksystem verfügbar sind, und fundierte Entscheidungen darüber treffen, welche Stufe sie verwenden möchten, um ein Gleichgewicht zwischen Zuverlässigkeit und Effizienz in ihren Anwendungen sicherzustellen.