Giao dịch cơ sở dữ liệu là gì?

• Giao dịch là cấu trúc để thực thi nhiều thao tác trong cơ sở dữ liệu như một đơn vị nguyên tử, bao gồm đọc, ghi, cập nhật và xóa
• MySQL và Postgres điều khiển giao dịch bằng begin; và commit;, đồng thời hủy thay đổi bằng rollback; khi có lỗi hoặc thất bại
• Cả hai cơ sở dữ liệu đều đảm bảo đọc nhất quán (consistent read), nhưng Postgres dùng lưu trữ hàng đa phiên bản (MVCC), còn MySQL dùng undo log
• Mức cô lập (isolation level) kiểm soát sự can thiệp dữ liệu giữa các giao dịch và được chia thành bốn cấp từ Serializable đến Read Uncommitted
• Postgres và MySQL xử lý xung đột ghi đồng thời theo những cách khác nhau; Postgres dùng xác thực lạc quan, còn MySQL dùng khóa cấp hàng (row-level locking)

---

Khái niệm cơ bản về giao dịch

• Giao dịch là cấu trúc gom nhiều thao tác SQL trong cơ sở dữ liệu thành một đơn vị thực thi nguyên tử
  • Bắt đầu bằng begin; và kết thúc bằng commit;, có thể chạy nhiều truy vấn ở giữa
  • Tại thời điểm commit;, mọi thay đổi được áp dụng cùng một lúc
• Khi xảy ra sự cố ngoài ý muốn (mất điện, lỗi đĩa, v.v.) hoặc khi chủ động hủy, có thể dùng rollback; để hoàn tác thay đổi
  • Postgres hỗ trợ khôi phục bằng WAL (Write-Ahead Log)
• Dữ liệu được thay đổi trong giao dịch sẽ được cô lập, không hiển thị với các session khác
  • Khi rollback;, mọi thay đổi bị hủy và cơ sở dữ liệu được khôi phục về trạng thái ban đầu

Đọc nhất quán (Consistent Reads)

• Giao dịch cần duy trì một khung nhìn dữ liệu nhất quán không bị ảnh hưởng bởi các thay đổi bên ngoài trong lúc đang chạy
• MySQL và Postgres đều hỗ trợ điều này từ chế độ REPEATABLE READ trở lên, nhưng cách triển khai khác nhau
  • Postgres: quản lý phiên bản của từng hàng bằng lưu trữ hàng đa phiên bản (MVCC)
  • MySQL: dùng undo log để tái tạo các phiên bản trước đó

Lưu trữ hàng đa phiên bản trong Postgres

• Mỗi khi một hàng được cập nhật, một phiên bản mới sẽ được tạo; phiên bản cũ ghi ID giao dịch trong xmax, còn phiên bản mới ghi trong xmin
• Trước khi giao dịch được commit, các session khác không thể nhìn thấy nội dung thay đổi
• Sau khi commit, phiên bản mới được phản ánh trên toàn bộ cơ sở dữ liệu
• Khi rollback;, thay đổi bị loại bỏ và dữ liệu gốc được giữ nguyên
• Các phiên bản hàng cũ được dọn dẹp bằng lệnh VACUUM FULL để thu hồi không gian lưu trữ

Undo Log của MySQL

• MySQL ghi đè trực tiếp lên hàng, nhưng ghi lại giá trị trước đó vào undo log để có thể khôi phục khi cần
• Mỗi hàng có metadata gồm xid (ID giao dịch chỉnh sửa gần nhất) và ptr (con trỏ undo log)
• Khi nhiều giao dịch chạy đồng thời, undo log cho phép mỗi giao dịch chọn đọc đúng phiên bản mà nó cần
• Có thể tồn tại nhiều bản ghi undo log cho cùng một hàng và phiên bản phù hợp sẽ được chọn dựa trên ID giao dịch

Mức cô lập (Isolation Levels)

• Đây là thiết lập kiểm soát sự can thiệp dữ liệu giữa các giao dịch, được nới lỏng dần theo thứ tự Serializable → Repeatable Read → Read Committed → Read Uncommitted
• Serializable: mọi giao dịch hoạt động như thể được thực thi tuần tự
• Repeatable Read: chạy lại cùng một truy vấn sẽ cho cùng kết quả, nhưng vẫn có thể xảy ra phantom read
• Read Committed: có thể đọc các thay đổi từ giao dịch khác đã được commit
• Read Uncommitted: cho phép dirty read, là mức bảo vệ thấp nhất nhưng hiệu năng cao

Ghi đồng thời (Concurrent Writes)

• Cách xử lý khi hai giao dịch cùng sửa một hàng tại cùng thời điểm sẽ khác nhau tùy cơ sở dữ liệu

MySQL: Khóa cấp hàng (Row-level Locking)

• Khóa chia sẻ (S lock) cho phép nhiều giao dịch đọc cùng lúc
• Khóa độc quyền (X lock) chỉ cho phép một giao dịch sửa hàng
• Trong chế độ SERIALIZABLE, mọi cập nhật đều phải lấy X lock và có thể phát sinh deadlock khi xảy ra xung đột
• MySQL phát hiện deadlock và chấm dứt một trong hai giao dịch

Postgres: Serializable Snapshot Isolation

• Postgres dùng predicate lock để theo dõi truy cập ở cấp độ tập hợp hàng
  • Ví dụ: khóa đối với điều kiện WHERE id BETWEEN 10 AND 20
• Hệ thống không chặn truy cập thực tế mà phát hiện xung đột, rồi chấm dứt giao dịch khi có vi phạm
• Cơ chế giải quyết xung đột lạc quan (optimistic conflict resolution) giúp tránh deadlock
• Tương tự MySQL, khi có xung đột thì một giao dịch sẽ bị chấm dứt và ứng dụng cần triển khai logic thử lại

Kết luận

• Giao dịch là thành phần cốt lõi của cơ sở dữ liệu, đảm bảo tính nguyên tử, tính nhất quán, tính cô lập và tính bền vững (ACID)
• Postgres và MySQL đạt cùng một mục tiêu thông qua những cấu trúc nội bộ khác nhau
• Hiểu bốn mức cô lập và nguyên lý hoạt động của giao dịch sẽ giúp vận hành cơ sở dữ liệu ổn định hơn