Transaktionen und Steuerung für optimistische Nebenläufigkeit

GILT FÜR: NoSQL

Datenbanktransaktionen bieten ein sicheres und vorhersagbares Programmiermodell zur Verarbeitung von gleichzeitig an den Daten vorgenommenen Änderungen. In herkömmlichen relationalen Datenbanken wie SQL Server können Sie die Geschäftslogik mithilfe von gespeicherten Prozeduren und/oder Triggern schreiben und zur direkten Ausführung innerhalb der Datenbank-Engine an den Server senden. Sie müssen bei herkömmlichen relationalen Datenbanken zwei verschiedene Programmiersprachen verwenden: die (nicht transaktionale) Anwendungsprogrammiersprache, z. B. JavaScript, Python, C#, Java usw., und die transaktionale Programmiersprache (T-SQL), die in der Datenbank nativ ausgeführt wird.

Die Datenbank-Engine in Azure Cosmos DB unterstützt vollständige ACID-konforme Transaktionen (Atomarität, Konsistenz, Isolation, Dauerhaftigkeit) mit Momentaufnahmeisolation. Alle Datenbankvorgänge innerhalb des Bereichs der logischen Partition eines Containers werden transaktional in der Datenbank-Engine ausgeführt, die im Replikat der Partition gehostet wird. Diese Vorgänge umfassen sowohl Schreibvorgänge (Aktualisieren eines oder mehrerer Elemente in der logischen Partition) als auch Lesevorgänge. In der folgenden Tabelle sind verschiedene Vorgänge und Transaktionstypen aufgeführt:

Transaktionen für mehrere Elemente

In Azure Cosmos DB können Sie gespeicherte Prozeduren, voran- und nachgestellte Trigger, benutzerdefinierte Funktionen (UDFs) und Zusammenführungsprozeduren in JavaScript schreiben. Azure Cosmos DB unterstützt die JavaScript-Ausführung nativ innerhalb der Datenbank-Engine. Sie können gespeicherte Prozeduren, voran- und nachgestellte Trigger, benutzerdefinierte Funktionen (UDFs) und Mergeprozeduren für einen Container registrieren und später in der Azure Cosmos DB-Datenbank-Engine transaktional ausführen. Das Schreiben der Anwendungslogik in JavaScript ermöglicht eine natürliche Ausdrucksweise für Ablaufsteuerung, Variablen-Bereichssteuerung, Zuweisung und Integration von Grundtypen zur Ausnahmebehandlung für die Datenbanktransaktionen direkt in der Programmiersprache JavaScript.

Die JavaScript-basierten gespeicherten Prozeduren, Trigger, UDFs und Mergeprozeduren werden für alle Elemente innerhalb der logischen Partition in einer umgebenden ACID-Transaktion mit Momentaufnahmeisolation umschlossen. Wenn das JavaScript-Programm während des Ausführungsverlaufs eine Ausnahme auslöst, wird die gesamte Transaktion abgebrochen und zurückgesetzt. Das sich ergebende Programmiermodell ist einfach, aber dennoch leistungsstark. JavaScript-Entwickler erhalten ein beständiges Programmiermodell, während sie weiterhin ihre vertrauten Sprachkonstrukte und Bibliotheksstammfunktionen verwenden können.

Die Möglichkeit zur direkten Ausführung von JavaScript innerhalb der Datenbank-Engine bietet die leistungsfähige und transaktionale Ausführung von Datenbankvorgängen für die Elemente eines Containers. Da die Azure Cosmos DB-Datenbank-Engine JSON und JavaScript systemeigen unterstützt, treten darüber hinaus keine Impedanzabweichungen zwischen den Typsystemen einer Anwendung und der Datenbank auf.

Steuerung durch vollständige Parallelität

Mit der Steuerung für optimistische Nebenläufigkeit können Sie den Verlust von Aktualisierungen und Löschvorgängen vermeiden. Gleichzeitige, konfliktverursachende Vorgänge unterliegen der regulären pessimistischen Sperrung der Datenbank-Engine, die in der logischen Partition gehostet wird, die das Element besitzt. Wenn in zwei parallelen Vorgängen versucht wird, die neueste Version eines Elements in einer logischen Partition zu aktualisieren, ist nur einer der beiden Vorgänge erfolgreich. Wenn jedoch in einem oder beiden Vorgängen, mit denen versucht wird, gleichzeitig dasselbe Element zu aktualisieren, zuvor bereits ein älterer Wert des Elements gelesen wurde, kann in der Datenbank nicht ermittelt werden, ob der zuvor mit den konfliktverursachenden Vorgängen gelesene Wert tatsächlich der neueste Wert des Elements war. Dies kann zum Glück mit der Steuerung für optimistische Nebenläufigkeit (Optimistic Concurrency Control, OCC) erkannt werden, bevor die beiden Vorgänge die Transaktionsgrenze innerhalb der Datenbank-Engine überschreiten. Mit der Steuerung für optimistische Nebenläufigkeit werden Ihre Daten davor geschützt, dass Änderungen, die von anderen Benutzern vorgenommen wurden, versehentlich überschrieben werden. Ebenso wird verhindert, dass andere Benutzer versehentlich die von Ihnen vorgenommenen Änderungen überschreiben.

Implementieren von optimistischer Übereinstimmungssteuerung mithilfe von ETag- und HTTP-Headern

Jedes in einem Azure Cosmos DB-Container gespeicherte Element weist eine systemdefinierte _etag-Eigenschaft auf. Der Wert von _etag wird automatisch generiert und bei jeder Aktualisierung des Elements vom Server aktualisiert. _etag kann mit dem vom Client bereitgestellten Anforderungsheader if-match verwendet werden, sodass der Server festlegen kann, ob ein Element bedingt aktualisiert werden kann. Wenn der Wert des if-match-Headers dem Wert von _etag auf dem Server entspricht, wird das Element aktualisiert. Wenn der Wert des if-match-Anforderungsheaders nicht mehr aktuell ist, lehnt der Server den Vorgang mit der Antwortmeldung „HTTP 412 – Vorbedingungsfehler“ ab. Der Client kann dann das Element erneut abrufen, um die aktuelle Version des Elements auf dem Server zu erhalten, oder die Version des Elements auf dem Server mit dem eigenen _etag-Wert für das Element überschreiben. Darüber hinaus kann _etag mit dem if-none-match-Header verwendet werden, um festzustellen, ob ein erneutes Abrufen einer Ressource erforderlich ist.

Der Wert _etag des Elements ändert sich bei jeder Aktualisierung des Elements. Bei Vorgängen zum Ersetzen von Elementen muss if-match ausdrücklich als Teil der Anforderungsoptionen ausgedrückt werden. Einen entsprechenden Beispielcode finden Sie in GitHub. _etag-Werte werden für alle geschriebenen Elemente, die von der gespeicherten Prozedur verwendet werden, implizit überprüft. Wenn ein Konflikt erkannt wird, setzt die gespeicherte Prozedur die Transaktion zurück und löst eine Ausnahme aus. Mit dieser Methode werden entweder alle oder keine Schreibvorgänge in der gespeicherten Prozedur unteilbar angewandt. Dies ist ein Signal für die Anwendung, Aktualisierungen erneut anzuwenden und die ursprüngliche Clientanforderung zu wiederholen.

Optimistische Übereinstimmungssteuerung und globale Verteilung

Die gleichzeitigen Aktualisierungen eines Elements unterliegen über die Kommunikationsprotokollebene von Azure Cosmos DB der Steuerung für optimistische Nebenläufigkeit. Bei Azure Cosmos DB-Konten, die für Schreibvorgänge in einer einzelnen Region konfiguriert sind, stellt Azure Cosmos DB sicher, dass die clientseitige Version des Elements, das Sie aktualisieren (oder löschen), der Version des Elements im Azure Cosmos DB-Container entspricht. Dadurch wird sichergestellt, dass Ihre Schreibvorgänge geschützt sind und nicht versehentlich durch Schreibvorgänge von anderen Benutzern überschrieben werden und umgekehrt. In einer Umgebung mit mehreren Benutzern verhindert die Steuerung für optimistische Nebenläufigkeit, dass Sie versehentlich die falsche Version eines Elements löschen oder aktualisieren. Elemente werden so vor den berühmt-berüchtigten Problemen mit verloren gegangenen Aktualisierungs- oder Löschvorgängen geschützt.

In einem Azure Cosmos DB-Konto, das für Schreibvorgänge in mehreren Regionen konfiguriert ist, können Daten unabhängig per Commit in sekundäre Regionen übertragen werden, wenn das _etag den Daten in der lokalen Region entspricht. Nach dem Commit neuer Daten in eine sekundäre Region erfolgt ein Mergevorgang in der Hubregion oder der primären Region. Wenn die Richtlinie zur Konfliktlösung den Mergevorgang der neuen Daten in der Hubregion ausführt, werden die Daten global mit dem neuen _etag repliziert. Wenn die Richtlinie zur Konfliktlösung die neuen Daten ablehnt, wird in der sekundären Region ein Rollback zu den ursprünglichen Daten und zum ursprünglichen _etag ausgeführt.

Nächste Schritte

Weitere Informationen zu Datenbanktransaktionen und der Steuerung für optimistische Nebenläufigkeit finden Sie in den folgenden Artikeln:

• Arbeiten mit Azure Cosmos DB-Datenbanken, -Containern und -Elementen
• Konsistenzebenen
• Konflikttypen und Konfliktauflösungsrichtlinien
• Verwenden von TransactionalBatch
• Gespeicherte Prozeduren, Trigger und benutzerdefinierte Funktionen