Transaktion (Informatik)

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Als Transaktion bezeichnet man in der Informatik eine feste Folge von Operationen, welche als eine logische Einheit betrachtet werden. Transaktionen werden von Transaktionssystemen verarbeitet; diese erzeugen dabei aus mehreren Transaktionen eine Historie.

Inhaltsverzeichnis

1 Anschauliches Beispiel
2 Aufbau von Transaktionen
3 ACID-Prinzip
4 Ausführung von Transaktionen in einem Transaktionssystem
5 Verteilte Transaktionen
6 Siehe auch

[Bearbeiten] Anschauliches Beispiel

Um sich die wichtigsten Begriffe dieses Artikels anschaulich vorstellen zu können, soll folgendes Beispiel dienen:

In einer Bücherei wird ein Karteikarten-System zur Verwaltung des Bestandes an Büchern verwendet. Eine Transaktion könnte hier lauten: „Leihe das Buch ‚Die Schatzinsel‘ an den Benutzer Peter Müller aus.“ Diese Transaktion könnte in der formalen Darstellung so aussehen:

begin of transaction

lies das Feld "Vorbestellung" der Karte

schreibe "Peter Müller" in das Feld "ausgeliehen an"

schreibe "29. Juli 2001" in das Feld "Rückgabe am"

end of transaction

Konnte die Karte erfolgreich ausgefüllt werden, so ist die Transaktion abgeschlossen und die Karte wird in den Karteikasten zurückgesteckt - dies entspricht dem Commit einer Transaktion. Wurde die Ausführung unterbrochen, so müssen alle bisherigen Änderungen rückgängig gemacht werden, bevor die Karte zurückgesteckt wird - dies entspricht dem Abort einer Transaktion. Wird dies nicht gemacht, so können Fehler auftreten: falls etwa "ausgeliehen an" bereits ausgefüllt ist, das Rückgabedatum aber noch nicht eingetragen wurde, so kann sich Peter Müller bis an sein Lebensende an der „Schatzinsel“ erfreuen, ohne Strafgebühren fürchten zu müssen. Zu einem Konflikt zwischen Transaktionen käme es beispielsweise, wenn das Buch gleichzeitig an einen anderen Benutzer verliehen werden sollte; hier würde die Eigenschaft „Isolation“ verletzt.

[Bearbeiten] Aufbau von Transaktionen

Transaktionen werden durch die Markierungen begin of transaction (Abk. BOT) und end of transaction (Abk. EOT) abgegrenzt:

begin of transaction
   read x
   write y
end of transaction

Die Operationen innerhalb einer Transaktion sind geordnet, ihre Reihenfolge darf also nicht verändert werden. Die Ordnung der Operationen einer Transaktion kann auch als gerichteter Graph dargestellt werden:

$\begin{matrix} r[x] & \rightarrow & w[x] & \rightarrow & r[y] & \rightarrow & c \\ & & & \nearrow \\ & & r[z] \end{matrix}$

Diese Darstellung betont die Nebenläufigkeit - also die gleichzeitige Ausführbarkeit - von Operationen. In obigem Beispiel kann die Operation r[z] zeitgleich mit den Operationen r[x] und w[x] ausgeführt werden.

[Bearbeiten] ACID-Prinzip

Bei der Ausführung von Transaktionen muss das Transaktionssystem die ACID-Eigenschaften garantieren:

Atomarität (Atomicity): Eine Transaktion wird entweder ganz oder gar nicht ausgeführt. Transaktionen sind also „unteilbar“.
Konsistenz (Consistency): Nach Ausführung der Transaktion ist der Datenbestand nach wie vor in einer widerspruchsfreien Form. Widerspruchsfrei bedeutet, dass Daten, die mehrfach an verschiedenen Stellen (redundant) gespeichert sind, den gleichen Inhalt haben.
Isolation (Isolation): Bei gleichzeitiger Ausführung mehrerer Transaktionen dürfen sich diese nicht gegenseitig beeinflussen.
Dauerhaftigkeit (Durability): Die Auswirkungen einer Transaktion müssen im Datenbestand dauerhaft bestehen bleiben. Die Effekte von Transaktionen dürfen also nicht „mit der Zeit verblassen“ oder „aus Versehen verloren gehen“.

[Bearbeiten] Ausführung von Transaktionen in einem Transaktionssystem

Ziel eines Transaktionssystems ist es stets, möglichst viele Transaktionen in möglichst kurzer Zeit abzuwickeln. Die serielle Ausführung von Transaktionen – also die Ausführung der Transaktionen nacheinander – ist zwar einfach zu realisieren, führt aber oft nicht zu einer optimalen Erfüllung dieses Leistungskriteriums. Transaktionssysteme spalten daher Transaktionen in ihre Operationen auf und setzen diese zu Historien zusammen, wobei selbstverständlich die ACID-Eigenschaften bewahrt bleiben müssen.

Durch diesen Vorgang ergeben sich zwei Möglichkeiten, eine Transaktion zu beenden:

Commit (abschließen, Abk. c): Die Transaktion wurde erfolgreich und ohne Probleme beendet, die Auswirkungen der Transaktion auf den Datenbestand werden dauerhaft gespeichert. Oft werden die Begriffe „commit“ und „end of transaction“ synonym verwendet.
Abort (abbrechen, Abk. a): Bei der Ausführung der Transaktion sind Probleme aufgetreten, ihre Ausführung wird nicht fortgesetzt. Die Bedingung der Atomarität fordert zusätzlich, dass sämtliche Auswirkungen der Transaktion auf den Datenbestand rückgängig gemacht werden müssen.

Das Rückgängigmachen der Effekte einer Transaktion wird als Rollback (Zurücksetzen) bezeichnet. Es kann dabei vorkommen, dass das Zurücksetzen einer Transaktion das Zurücksetzen einer anderen Transaktion notwendig macht, was zur Bildung regelrechter Ketten von Zurücksetzungen führen kann; dies wird als kaskadierendes Rücksetzen bezeichnet und ist ein wenig erwünschter Effekt.

Wenn eine Transaktion aufgrund einer anderen Transaktion nicht ausgeführt werden kann, spricht man von einer Blockierung. Wird die erste Transaktion durch die zweite und gleichzeitig die zweite durch die erste blockiert, so spricht man von einem Deadlock (Verklemmung).

[Bearbeiten] Verteilte Transaktionen

Verteilte Transaktionen sind Transaktionen, die in mehreren Teiltransaktionen auf verschiedenen Datenbanken in verteilten Systemen ausgeführt werden. Um die Atomarität verteilter Transaktionen zu gewährleisten, werden entsprechende Commit-Protokolle verwendet.