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  • 数据库是怎么实现acid的
    2022-03-28 16:17:31

    概念

    数据库具有事务特征,事务具有ACID特征,分别是原子性、一致性、隔离性、持久性。
    那么ACID的实现原理又是具有什么实现的,就拿mysql来说明。

    原理

    mysql具有redo log 和undo log,这二种文件都是事务相关的问题。

    在这里插入图片描述
    每次开启一个事务,则mysql的innodb引擎就会生成一张undo log文件,该文件主要记录这个事务ID所产生的一些更新、删除、插入操作。

    当事务1执行update的时候,就会将udpate记录到undo log文件,当事务进行commit的时候,就会将undo log文件删除,如果回滚时,则会根据undo log文件的内容进行执行插入回滚SQL脚本。

    redo log 文件是数据库的一个共享的文件,也是一份写缓存的文件,试想一下,每次操作读写都需要去访问磁盘的随机IO,其实会很耗时,因此可以将一些频繁的页内容加载到内存的一个缓存buffer中,当进行读操作时去查看缓存buffer是否有对应的数据,如果没有,则去磁盘查询,查询后再将查询的结果写入到缓存buffer。当执行写操作的时候,就先去更新缓存buffer,等到一定时间,将缓存buffer的数据再一次写入到磁盘中。但是这样就会有一个数据一致性的问题了,假设buffer的数据没有flush到磁盘,mysql服务器就宕机了,那内存的buffer的数据也会清空,redo log就解决了数据一致性的问题。

    写操作的时候,不会写入到缓存buffer中,而是写入到redo log中,当事务提交后,redo log的内容就flush到磁盘中,redo log是一个文件,当服务器宕机了,也不影响redo log已保存后的数据,当mysql进行宕机后,redo log还是有内容的,如果想事务提交,则就执行redo log的数据到磁盘,一般而言是会将redo log的数据进行回滚,也就是删除数据。

    原子性

    auto log 记录了更新的操作,如果回滚,则重新提交回滚的sql,保证了原子性

    持久性

    redo log 保证了持久性,事务提交了,redo log的内容就会flush到磁盘中。

    隔离性

    mysql采用mvcc进行,通过版本链、read view以及隐藏的三个字段来实现,具体可以百度

    一致性

    一致性是说明数据库的数据需要再事务操作之后保存一致,如果钱不会凭空增多或者减少,这样就需要再保证原子性、持久性、隔离性,再通过应用层保证一致性。

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    怎么是实现的。 原理 原子性: 概念 是指事物是一个不可分割的工作单位,事物中的操作要么都发生,要么都不发生。最经典的就是转账案例,我们把转入和转出当做一个事物的话,就需要在SQL中显式指定开启事务。 实现...

    前言

    我们在学MySQL的时候事务是必须要知道的部分,也就是原子性(Atomic)、一致性(Consistency)、隔离性(isolation)和持久性(Persistence)。知道他的概念其实是远远不够的,现在越来越卷,那么就必须知道的他的原理什么?怎么是实现的。

    原理

    原子性:

    概念

    是指事物是一个不可分割的工作单位,事物中的操作要么都发生,要么都不发生。最经典的就是转账案例,我们把转入和转出当做一个事物的话,就需要在SQL中显式指定开启事务。

    实现原理:undo log

    undo log 是 回滚日志也叫逻辑日志 是实现原子实现事务原子性和隔离性实现的基础。首先我们要清楚的是在实现原子性的是是由一个回滚的操作,回滚就是说我们在执行操作的时候那么我们会执行一个相反的操作来是数据库的状态变成之前为操作的状态。

    具体的实现原理:在数据库执行操作的时候,InnoDB会生成一个undo log日志,里面包含的是数据库的SQL语句,如果说数据库的操作失败的时候,会调用rollback,导致事务回滚,那么InnoDB就可以利用undo log 进行一个回滚的操作,具体是如果说你之前执行的是insert操作那么就会执行一个相反的delete操作,之前执行的是delete操作那么就会执行一个insert操作,或者之前执行的是update操作那么就会执行一个反向的update操作。总得来说,就是InnoDB会根据回滚之前生成的undo log操作日志执行相反的操作

    一致性

    概念

    是说数据库事务不能破坏关系数据的完整性以及业务逻辑上的一致性。也就是说其他三个事务特性最终的目的的就是为了达到这个一致性效果。

    隔离性

    概念

    指的是多个事务并发访问时,事务之间是隔离的,一个事务不应该影响其它事务运行效果。多个事务并发访问时,事务之间是隔离的,一个事务不应该影响其它事务运行效果。需要使用mvcc实现。如果不知道什么是MVCC的或者不知道其底层实现的可以去看我的前面几篇博客,写的很详细。https://blog.csdn.net/Ppphill_C/article/details/123833430?spm=1001.2014.3001.5501

    持久性

    概念

    意味着即使出现了任何事故比如断电等,事务一旦提交,则持久化保存在数据库中,不会被回滚

    实现原理:redo log

    redo log 是事务日志,用于保证事务的持久性。在这之前我们先要知道一下为什么需要用到他然后我们在去掌握我们要怎么用它,以及他的工作原理是什么?

    我们都知道在数据库的操作过程中,一开始的话都是直接访问数据库的。所以效率并不是特别的好,并不能满足要求。因此就提出了一个buffer pool 这个概念,其中 buffer pool 是对数据库磁盘数据的一个映射,我们在操作的时候直接去读取buffer pool 就不必去读取数据库,那么buffer pool 会隔一段时间对数据库进行数据的更新操作,那么这一个过程又称 “刷脏”。

    有了这个buffer pool 的加入可以大大的加快的数据库的访问速度,整体的提升了工作的效率。但是有一个不好的地方就是,如果说MySQL宕机了,buffer pool 开始刷脏,那么这个时候就会是数据的丢失。这就不符合我们的持久性问题了。因此,就提出了redo log这个日志来保证持久性。

    首先我们要知道的是redo log 是采用的一种叫(Write-ahead logging)预先写的方法,换句话就是说所有的修改先写入日志,然后在更新到buffer pool。如果MySQL宕机,重启时可以读取redo log中的数据,对数据库进行恢复。这样就保证了数据不会因为MySQL宕机而丢失,从而满足持久性的要求。

    我们可以根据下面这张图来加深一下理解:
    在这里插入图片描述

    这边大家应该会有这么一个疑问就是:既然redo log 也可以写入磁盘,那为什么他会比Buffer pool写入的时候更快呢?

    • 刷脏是随机IO,因为每次修改的数据位置随机,但写redo log是追加操作,属于顺序IO

    • ​刷脏是以数据页(Page)为单位的,MySQL默认页大小是16KB,一个Page上一个小修改都要整页写入;而redo log中只包含真正需要写入的部分,无效IO大大减少。这就有点redis中的AOF持久化的工作原理的味道了。

    结语

    好了,MySQL的事务就讲完了,希望能够给你带来帮助!收工~

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  • 一.事务 定义:所谓事务,它是一个操作序列,这些操作...// 创建数据库 create table account( idint primary key not null, namevarchar(40), moneydouble ); // 有两个人开户并存钱 insert into a...

    一.事务

           定义:所谓事务,它是一个操作序列,这些操作要么都执行,要么都不执行,它是一个不可分割的工作单位。

           准备工作:为了说明事务的ACID原理,我们使用银行账户及资金管理的案例进行分析。

    // 创建数据库  
    create table account(  
       idint primary key not null,  
       namevarchar(40),  
       moneydouble  
    );  
      
    // 有两个人开户并存钱  
    insert into account values(1,'A',1000);  
    insert into account values(2,'B',1000);  

    二.ACID

           ACID,是指在可靠数据库管理系统(DBMS)中,事务(transaction)所应该具有的四个特性:原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)、持久性(Durability).这是可靠数据库所应具备的几个特性.下面针对这几个特性进行逐个讲解.

    三.原子性

           原子性是指事务是一个不可再分割的工作单位,事务中的操作要么都发生,要么都不发生。

           1.案例

                  A给B转帐100元钱

     

    begin transaction  
    update account set money= money - 100where name='A';  
    update account set money= money +100where name='B';  
    if Error then  
           rollback  
    else  
           commit  

      2.分析 

           在事务中的扣款和加款两条语句,要么都执行,要么就都不执行。否则如果只执行了扣款语句,就提交了,此时如果突然断电,A账号已经发生了扣款,B账号却没收到加款,在生活中就会引起纠纷。

           3.解决方法

           在数据库管理系统(DBMS)中,默认情况下一条SQL就是一个单独事务,事务是自动提交的。只有显式的使用start transaction开启一个事务,才能将一个代码块放在事务中执行。保障事务的原子性是数据库管理系统的责任,为此许多数据源采用日志机制。例如,SQL Server使用一个预写事务日志,在将数据提交到实际数据页面前,先写在事务日志上。

    四.一致性

           一致性是指在事务开始之前和事务结束以后,数据库的完整性约束没有被破坏。这是说数据库事务不能破坏关系数据的完整性以及业务逻辑上的一致性。

           1.案例

           对银行转帐事务,不管事务成功还是失败,应该保证事务结束后ACCOUNT表中aaa和bbb的存款总额为2000元。

           2.解决方法

    保障事务的一致性,可以从以下两个层面入手

           2.1数据库机制层面

           数据库层面的一致性是,在一个事务执行之前和之后,数据会符合你设置的约束(唯一约束,外键约束,Check约束等)和触发器设置。这一点是由SQL SERVER进行保证的。比如转账,则可以使用CHECK约束两个账户之和等于2000来达到一致性目的

           2.2业务层面

       对于业务层面来说,一致性是保持业务的一致性。这个业务一致性需要由开发人员进行保证。当然,很多业务方面的一致性,也可以通过转移到数据库机制层面进行保证。

    五.隔离性

           多个事务并发访问时,事务之间是隔离的,一个事务不应该影响其它事务运行效果。

           这指的是在并发环境中,当不同的事务同时操纵相同的数据时,每个事务都有各自的完整数据空间。由并发事务所做的修改必须与任何其他并发事务所做的修改隔离。事务查看数据更新时,数据所处的状态要么是另一事务修改它之前的状态,要么是另一事务修改它之后的状态,事务不会查看到中间状态的数据。

           在Windows中,如果多个进程对同一个文件进行修改是不允许的,Windows通过这种方式来保证不同进程的隔离性:

     

     企业开发中,事务最复杂问题都是由事务隔离性引起的。当多个事务并发时,SQL Server利用加锁和阻塞来保证事务之间不同等级的隔离性。一般情况下,完全的隔离性是不现实的,完全的隔离性要求数据库同一时间只执行一条事务,这样会严重影响性能。想要理解SQL Server中对于隔离性的保障,首先要了解并发事务之间是如何干扰的.

    1.事务之间的相互影响

           事务之间的相互影响分为几种,分别为:脏读,不可重复读,幻读,丢失更新

    1.1脏读

           脏读意味着一个事务读取了另一个事务未提交的数据,而这个数据是有可能回滚的;如下案例,此时如果事务1回滚,则B账户必将有损失。

     

       1.2不可重复读

        不可重复读意味着,在数据库访问中,一个事务范围内两个相同的查询却返回了不同数据。这是由于查询时系统中其他事务修改的提交而引起的。如下案例,事务1必然会变得糊涂,不知道发生了什么。

     

      1.3幻读(虚读)

        幻读,是指当事务不是独立执行时发生的一种现象,例如第一个事务对一个表中的数据进行了修改,这种修改涉及到表中的全部数据行。同时,第二个事务也修改这个表中的数据,这种修改是向表中插入一行新数据。那么,以后就会发生操作第一个事务的用户发现表中还有没有修改的数据行,就好象发生了幻觉一样.

     1.4丢失更新

           两个事务同时读取同一条记录,A先修改记录,B也修改记录(B是不知道A修改过),B提交数据后B的修改结果覆盖了A的修改结果。

    2.理解SQL SERVER中的隔离级别

           数据库的事务隔离级别(TRANSACTION ISOLATION LEVEL)是一个数据库上很基本的一个概念。为什么会有事务隔离级别,SQL Server上实现了哪些事务隔离级别?事务隔离级别的前提是一个多用户、多进程、多线程的并发系统,在这个系统中为了保证数据的一致性和完整性,我们引入了事务隔离级别这个概念,对一个单用户、单线程的应用来说则不存在这个问题。

        为了避免上述几种事务之间的影响,SQL Server通过设置不同的隔离级别来进行不同程度的避免。因为高的隔离等级意味着更多的锁,从而牺牲性能。所以这个选项开放给了用户根据具体的需求进行设置。不过默认的隔离级别Read Commited符合了多数的实际需求.

    隔离级别

    脏读

    丢失更新

    不可重复读

    幻读

    并发模型

    更新冲突检测

    未提交读:Read Uncommited

    悲观

    已提交读:Read commited

    悲观

    可重复读:Repeatable Read

    悲观

    可串行读:Serializable

    悲观

     SQL Server隔离事务之间的影响是通过锁来实现的,通过阻塞来阻止上述影响。不同的隔离级别是通过加不同的锁,造成阻塞来实现的,所以会以付出性能作为代价;安全级别越高,处理效率越低;安全级别越低,效率高。

           使用方法:SET TRANSACTIONISOLATION LEVEL REPEATABLE READ

           未提交读: 在读数据时不会检查或使用任何锁。因此,在这种隔离级别中可能读取到没有提交的数据。  

           已提交读:只读取提交的数据并等待其他事务释放排他锁。读数据的共享锁在读操作完成后立即释放。已提交读是SQL Server的默认隔离级别。 

           可重复读: 像已提交读级别那样读数据,但会保持共享锁直到事务结束。  

           可串行读:工作方式类似于可重复读。但它不仅会锁定受影响的数据,还会锁定这个范围。这就阻止了新数据插入查询所涉及的范围。

    六.持久性

           持久性,意味着在事务完成以后,该事务所对数据库所作的更改便持久的保存在数据库之中,并不会被回滚。

           即使出现了任何事故比如断电等,事务一旦提交,则持久化保存在数据库中。

           SQL SERVER通过write-ahead transaction log来保证持久性。write-ahead transaction log的意思是,事务中对数据库的改变在写入到数据库之前,首先写入到事务日志中。而事务日志是按照顺序排号的(LSN)。当数据库崩溃或者服务器断点时,重启动SQL SERVER,SQLSERVER首先会检查日志顺序号,将本应对数据库做更改而未做的部分持久化到数据库,从而保证了持久性。

    七.总结

           事务的(ACID)特性是由关系数据库管理系统(RDBMS,数据库系统)来实现的。数据库管理系统采用日志来保证事务的原子性、一致性和持久性。日志记录了事务对数据库所做的更新,如果某个事务在执行过程中发生错误,就可以根据日志,撤销事务对数据库已做的更新,使数据库退回到执行事务前的初始状态。

      数据库管理系统采用锁机制来实现事务的隔离性。当多个事务同时更新数据库中相同的数据时,只允许持有锁的事务能更新该数据,其他事务必须等待,直到前一个事务释放了锁,其他事务才有机会更新该数据。

    参考博客:【数据库】数据库四大特性ACID_IT猫咪酱的博客-CSDN博客_数据库四大

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  • 回滚可以用回滚日志来实现,回滚日志记录着事务所执行的修改操作,在回滚时反向执行这些修改操作即可。 2. 一致性(Consistency) 数据库在事务执行前后都保持一致性状态。在一致性状态下,所有事务对一个数据的读取...

    事务

    概念:事务指的是满足 ACID 特性的一组操作,可以通过 Commit 提交一个事务,也可以使用 Rollback 进行回滚。

    在这里插入图片描述
    ACID

    1. 原子性(Atomicity)

    事务被视为不可分割的最小单元,事务的所有操作要么全部提交成功,要么全部失败回滚。
    回滚可以用回滚日志来实现,回滚日志记录着事务所执行的修改操作,在回滚时反向执行这些修改操作即可。

    2. 一致性(Consistency)

    数据库在事务执行前后都保持一致性状态。在一致性状态下,所有事务对一个数据的读取结果都是相同的。

    3. 隔离性(Isolation)

    一个事务所做的修改在最终提交以前,对其它事务是不可见的。

    4. 持久性(Durability)

    一旦事务提交,则其所做的修改将会永远保存到数据库中。即使系统发生崩溃,事务执行的结果也不能丢失。使用重做日志来保证持久性。

    事务的 ACID 特性概念简单,但不是很好理解,主要是因为这几个特性不是一种平级关系:

    • 只有满足一致性,事务的执行结果才是正确的。
    • 在无并发的情况下,事务串行执行,隔离性一定能够满足。此时只要能满足原子性,就一定能满足一致性。
    • 在并发的情况下,多个事务并行执行,事务不仅要满足原子性,还需要满足隔离性,才能满足一致性。
    • 事务满足持久化是为了能应对数据库崩溃的情况。

    在这里插入图片描述
    AUTOCOMMIT

    MySQL 默认采用自动提交模式。也就是说,如果不显式使用 START TRANSACTION 语句来开始一个事务,那么每个查询都会被当做一个事务自动提交。

    并发一致性问题

    在并发环境下,事务的隔离性很难保证,因此会出现很多并发一致性问题。

    丢失修改

    T1 和 T2 两个事务都对一个数据进行修改,T1 先修改,T2 随后修改,T2 的修改覆盖了 T1 的修改。
    在这里插入图片描述
    读脏数据

    T1 修改一个数据,T2 随后读取这个数据。如果 T1 撤销了这次修改,那么 T2 读取的数据是脏数据。
    在这里插入图片描述
    不可重复读

    T2 读取一个数据,T1 对该数据做了修改。如果 T2 再次读取这个数据,此时读取的结果和第一次读取的结果不同。
    在这里插入图片描述
    幻影读

    T1 读取某个范围的数据,T2 在这个范围内插入新的数据,T1 再次读取这个范围的数据,此时读取的结果和和第一次读取的结果不同。
    在这里插入图片描述
    产生并发不一致性问题主要原因是破坏了事务的隔离性,解决方法是通过并发控制来保证隔离性。并发控制可以通过封锁来实现,但是封锁操作需要用户自己控制,相当复杂。数据库管理系统提供了事务的隔离级别,让用户以一种更轻松的方式处理并发一致性问题。

    封锁

    封锁粒度

    MySQL 中提供了两种封锁粒度:行级锁以及表级锁。

    应该尽量只锁定需要修改的那部分数据,而不是所有的资源。锁定的数据量越少,发生锁争用的可能就越小,系统的并发程度就越高。

    但是加锁需要消耗资源,锁的各种操作(包括获取锁、释放锁、以及检查锁状态)都会增加系统开销。因此封锁粒度越小,系统开销就越大。在选择封锁粒度时,需要在锁开销和并发程度之间做一个权衡。

    封锁类型

    1. 读写锁

    • 排它锁(Exclusive),简写为 X 锁,又称写锁。
    • 共享锁(Shared),简写为 S 锁,又称读锁。

    有以下两个规定:

    • 一个事务对数据对象 A 加了 X 锁,就可以对 A 进行读取和更新。加锁期间其它事务不能对 A 加任何锁。
    • 一个事务对数据对象 A 加了 S 锁,可以对 A 进行读取操作,但是不能进行更新操作。加锁期间其它事务能对 A加 S 锁,但是不能加 X 锁。

    锁的兼容关系如下:
    在这里插入图片描述
    2. 意向锁

    使用意向锁(Intention Locks)可以更容易地支持多粒度封锁。

    在存在行级锁和表级锁的情况下,事务 T 想要对表 A 加 X 锁,就需要先检测是否有其它事务对表 A 或者表 A 中的任意一行加了锁,那么就需要对表 A 的每一行都检测一次,这是非常耗时的。

    意向锁在原来的 X/S 锁之上引入了 IX/IS,IX/IS 都是表锁,用来表示一个事务想要在表中的某个数据行上加 X 锁或 S锁。有以下两个规定:

    • 一个事务在获得某个数据行对象的 S 锁之前,必须先获得表的 IS 锁或者更强的锁;
    • 一个事务在获得某个数据行对象的 X 锁之前,必须先获得表的 IX 锁。

    通过引入意向锁,事务 T 想要对表 A 加 X 锁,只需要先检测是否有其它事务对表 A 加了 X/IX/S/IS 锁,如果加了就表示有其它事务正在使用这个表或者表中某一行的锁,因此事务 T 加 X 锁失败。

    各种锁的兼容关系如下:
    在这里插入图片描述
    解释如下:

    • 任意 IS/IX 锁之间都是兼容的,因为它们只是表示想要对表加锁,而不是真正加锁;
    • S 锁只与 S 锁和 IS 锁兼容,也就是说事务 T 想要对数据行加 S 锁,其它事务可以已经获得对表或者表中的行的S 锁。

    封锁协议

    1. 三级封锁协议

    一级封锁协议

    事务 T 要修改数据 A 时必须加 X 锁,直到 T 结束才释放锁。可以解决丢失修改问题,因为不能同时有两个事务对同一个数据进行修改,那么事务的修改就不会被覆盖。

    在这里插入图片描述
    二级封锁协议

    在一级的基础上,要求读取数据 A 时必须加 S 锁,读取完马上释放 S 锁。

    可以解决读脏数据问题,因为如果一个事务在对数据 A 进行修改,根据 1 级封锁协议,会加 X 锁,那么就不能再加 S锁了,也就是不会读入数据。
    在这里插入图片描述
    三级封锁协议

    在二级的基础上,要求读取数据 A 时必须加 S 锁,直到事务结束了才能释放 S 锁。可以解决不可重复读的问题,因为读 A 时,其它事务不能对 A 加 X 锁,从而避免了在读的期间数据发生改变。
    在这里插入图片描述
    2. 两段锁协议

    加锁和解锁分为两个阶段进行。

    可串行化调度是指,通过并发控制,使得并发执行的事务结果与某个串行执行的事务结果相同。

    事务遵循两段锁协议是保证可串行化调度的充分条件。例如以下操作满足两段锁协议,它是可串行化调度。

    lock-x(A)…lock-s(B)…lock-s©…unlock(A)…unlock©…unlock(B)

    但不是必要条件,例如以下操作不满足两段锁协议,但是它还是可串行化调度。

    lock-x(A)…unlock(A)…lock-s(B)…unlock(B)…lock-s©…unlock©

    MySQL 隐式与显示锁定

    MySQL 的 InnoDB 存储引擎采用两段锁协议,会根据隔离级别在需要的时候自动加锁,并且所有的锁都是在同一时刻被释放,这被称为隐式锁定。

    InnoDB 也可以使用特定的语句进行显示锁定:

    SELECT … LOCK In SHARE MODE;
    SELECT … FOR UPDATE;

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  • 事务的隔离性是通过数据库锁的机制实现的, 持久性通过 Redo Log(重做日志)来实现, 原子性和一致性通过 Undo Log 来实现。 Undo Log的原理: Undo Log 的原理很简单,为了满足事务的原子性,在操作任何数据之前...
  • 数据库 ACID 模型详解

    千次阅读 2019-12-22 16:23:25
    ACID,是指在数据库管理系统(DBMS)中,事务(transaction)所具有的四个特性:原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation,又称独立性)、持久性(Durability)。 原子性:一个事务...
  • 本文将首先介绍MySQL事务相关的基础概念,然后介绍事务的ACID特性,并分析其实现原理。MySQL博大精深,文章疏漏之处在所难免,欢迎批评指正。 事务(Transaction)是访问和更新数据库的程序执行单元;事务中可能包含...
  • 数据库ACID特性 1、原子性(Atomicity)  原子性是指事务包含的所有操作要么全部成功,要么全部失败回滚,因此事务的操作如果成功就必须要完全应用到数据库,如果操作失败则不能对数据库有任何影响。 2、一致性...
  • 关系型数据库和NoSQL数据库的比较
  • 如果数据库引擎能够成功地对数据库应用该组查询的全部语句,那么就执行该组查询。如果其中有任何一条语句因为崩溃或其他原因无法执行,那么所有的语句都不会执行。也就是说,事务内的语句,要么全部执行成功,要么...
  • MySQL数据库:事务和ACID实现原理

    万次阅读 2018-11-19 00:25:55
    数据库的事务是并发控制的基本单位,是指逻辑上的一组操作,要么全部执行,要么全部不执行。 1、事务的特性: (1)原子性:事务是一个不可分割的工作单元,事务里的操作要么都成功,要么都失败,如果事务执行失败,...
  • 非关系型数据库:指非关系型的,分布式的,且一般不保证遵循ACID原则的数据存储系统 仅仅作为关系型数据库的补充,定位为补充 应对基于海量用户和海量数据前提下的数据处理问题 数据库排名查询: 网站地址...

空空如也

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