Fundamentos de SQL: Transacciones

Antes de nada una definición:

Una transacción es una unidad de trabajo compuesta por diversas tareas, cuyo resultado final debe ser que se ejecuten todas o ninguna de ellas.

Por regla general en un sistema de base de datos todas las operaciones relacionadas entre sí que se ejecuten dentro un mismo flujo lógico de trabajo, deben ejecutarse en bloque. De esta manera si todas funcionan la operación conjunta de bloque tiene éxito, pero si falla cualquiera de ellas, deberán retrocederse todas las anteriores que ya se hayan realizado. De esta forma evitamos que el sistema de datos quede en un estado incongruente.

Por ejemplo, si vamos al banco y ordenamos una transferencia para pagar una compra que hemos realizado por Internet, el proceso en sí está formado por una conjuto (o bloque) de operaciones que deben ser realizadas para que la operación global tenga éxito:

1. Comprobar que nuestra cuenta existe es válida y está operativa.
2. Comprobar si hay saldo en nuestra cuenta.
3. Comprobar los datos de la cuenta del vendedor (que existe, que tiene posibilidad de recibir dinero, etc...).
4. Retirar el dinero de nuestra cuenta
5. Ingresar el dinero en la cuenta del vendedor.

Dentro de este proceso hay cinco operaciones, las cuales deben tener éxito o fallar conjuntamente.

En el caso de las operaciones 4 y 5 que modifican datos es algo obvio que no puede funcionar una y fallar la otra. Si se retira el dinero de nuestra cuenta en el paso 4 y hay algún problema que evita que pueda continuar el proceso, el dinero habrá salido de nuestra cuenta pero no se ha anotado en la cuenta de destino porque se ha producido un error. De repente hay un dinero que ha desaparecido y la base de datos se encuentra en un estado inconsistente. Es evidente que esto no puede ocurrir.

Precisamente para evitar este tipo de situaciones existen las transacciones: marcan bloques completos de operaciones y comprueban que, o se realizan todas, o que si hay algún problema se deshacen todas.

En nuestro ejemplo de transferencia fallida, al producirse un error en el paso 5 se habría deshecho automáticamente la operación de retirada de dinero del paso 4 y toda la información habría quedado como antes de comenzar el proceso.

Otro tema importante relacionado con las transacciones es la gestión de la concurrencia y los bloqueos. En el ejemplo del banco los 3 primeros pasos realmente no implican modificación alguna de datos, por lo que si fallan no dejan la base de datos en un estado inconsistente ¿o quizá sí?. ¿Qué pasaría si al mismo tiempo que se está realizando nuestra transferencia, entra en nuestra cuenta un cargo diferido que teníamos pendiente? Sería posible que de repente nos quedásemos sin saldo para realizar la operación actual o, peor aún, que se anotasen mal ambos cargos en cuenta de modo que se "pisasen" dejando un saldo inconsistente. O puede que entre los pasos 3 y 5 la cuenta del vendedor de repente se haya cancelado, justo en medio de la operación. El dinero iría a parar a una cuenta no válida.

Para controlar el comportamiento de las transacciones en estos casos se definen diferentes niveles de aislamiento de una transacción.

Otro ejemplo más común: la creación de un pedido. En este proceso se debe consultar antes la tabla de productos y ver si hay stock, se inserta un registro en la tabla de pedidos (quién hace el pedido, sus datos, fecha, importe total..), uno o varios registros en la tabla de detalles del pedido (qué productos se incluyen y su cantidad),  y se actualiza la tabla de stock de productos. Si además se genera al mismo tiempo la factura, el proceso continua involucrando a varias tablas más (cabeceras de factura, líneas de factura). En este caso también es muy importante que se lleve la operación a cabo por completo o que se deshaga por completo, ya que sino nos encontraríamos con datos incoherentes.

Existen infinidad de posibilidades de que algo salga mal  en cualquier proceso que involucre varias operaciones, y las posibilidades de fallo se multiplican a medida que aumenta la simultaneidad de acceso a la misma información. Por eso los sistemas de datos grandes son muy complejos.

Para todas estas situaciones nos ayudan las transacciones.

Propiedades ACID

Una transacción, para cumplir con su propósito y protegernos de todos los problemas que hemos visto, debe presentar las siguientes características:

• Atomicidad: las operaciones que componen una transacción deben considerarse como una sola.
• Consistencia: una operación nunca deberá dejar datos inconsistentes.
• Aislamiento: los datos "sucios" deben estar aislados, y evitar que los usuarios utilicen información que aún no está confirmada o validada. (por ejemplo: ¿sigue siendo válido el saldo mientras realizo la operación?)
• Durabilidad: una vez completada la transacción los datos actualizados ya serán permanentes y confirmados.

A estas propiedades se las suele conocer como propiedades ACID (de sus siglas en inglés: Atomicity, Consistency, Isolation y Durability).

Cómo definir transacciones

Por regla general en los gestores de datos relacionales modernos disponemos de tres tipos de transacciones según la forma de iniciarlas:

• De confirmación automática: el gestor de datos inicia una transacción automáticamente por cada operación que actualice datos. De este modo mantiene siempre la consistencia de la base de datos, aunque puede generar bloqueos.
• Implícitas: cuando el gestor de datos comienza una transacción automáticamente cada vez que se produce una actualización de datos, pero el que dicha transacción se confirme o se deshaga, lo debe indicar el programador.
• Explícitas: son las que iniciamos nosotros "a mano" mediante instrucciones SQ. somos nosotros, los programadores, los que indicamos qué operacio0nes va a abarcar.

Una transacción explícita se define de manera general con una instrucción que marca su inicio, y dos posibles instrucciones que marcan su final en función de si debe tener éxito o debe fracasar en bloque.

Cada sistema gestor de bases de datos tiene sus pequeñas particularidades, pero podemos escribir con un pseudo-código, la sintaxis de una transacción genérica:

BEGIN TRAN
      Operación 1...
      Si fallo: ROLLBACK TRAN 

       Operación 2....
       Si fallo: ROLLBACK TRAN
...

      Operación N....
      Si fallo: ROLLBACK TRAN
COMMIT TRAN

Es decir, se define el comienzo de una transacción, se comprueban posibles errores en cada paso, echando atrás todo el proceso (se le suele llamar "hacer un Rollback"), o confirmando el conjunto de operaciones completas al final del todo si no ha habido problemas (en la jerga habitual se suele hablar de "hacer un Commit").

De hecho no suele ser necesario comprobar los errores por el camino ya que por regla general el gestor de datos si detecta un error en cualquiera de los pasos dentro de una transacción, realizará un rollback automático de toda la operación.

Transacciones en SQL Server

En SQL Server las instrucciones equivalentes a las genéricas que acabamos de ver son:

• BEGIN TRANSACTION o BEGIN TRAN: marca el inicio de una transacción. TRAN es un sinónimo de TRANSACTION y se suele usar más a menudo por abreviar.
• ROLLBACK TRANSATION o ROLLBACK TRAN: fuerza que se deshaga la transacción en caso de haber un problema o querer abandonarla. Cierra la transacción.
• COMMIT TRANSACTION O COMMIT TRAN: confirma el conjunto de operaciones convirtiendo los datos en definitivos. Marca el éxito de la operación de bloque y cierra la transacción.

Los niveles de aislamiento que nos ofrece SQL Server son:

• SERIALIZABLE: No se permitirá a otras transacciones la inserción, actualización o borrado de datos utilizados por nuestra transacción. Los bloquea mientras dura la misma.
• REPEATABLE READ: Garantiza que los datos leídos no podrán ser cambiados por otras transacciones, durante esa transacción.
• READ COMMITED: Una transacción no podrá ver los cambios de otras conexiones hasta que no hayan sido confirmados o descartados.
• READ UNCOMMITTED: No afectan los bloqueos producidos por otras conexiones a la lectura de datos.
• SNAPSHOT: Los datos seleccionados en la transacción se verán tal y como estaban al comienzo de la transacción, y no se tendrán en cuenta las actualizaciones que hayan sufrido por la ejecución de otras transacciones simultáneas.

La instrucción SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL nos permite cambiar el nivel de aislamiento.

Puedes leer la documentación oficial sobre transacciones de SQL Server.

Transacciones en MySQL

Hay que tener en cuenta que MySQL es un gestor de datos relacional que soporta diversos motores de almacenamiento por debajo (al menos 20 la última vez que los contamos). De todos esos solamente unos pocos soportan transacciones. Los dos más comunes son el tradicional MyISAM y el más moderno InnoDB. De estos dos solamente InnoDB soporta el uso de transacciones (con razón myISAM es tan rápido: da mucha velocidad a costa de no ofrecer consistencia en las operaciones, lo cual puede ser muy útil para ciertos tipos de aplicaciones).

En MySQL InnoDB las instrucciones equivalentes a las genéricas son las siguientes:

• START TRANSACTION o BEGIN: marca el inicio de una transacción. Se suele usar más a menudo BEGIN porque es más corto.
• ROLLBACK: fuerza que se deshaga la transacción en caso de haber un problema o querer abandonarla. Cierra la transacción.
• COMMIT: confirma el conjunto de operaciones convirtiendo los datos en definitivos. Marca el éxito de la operación de bloque y cierra la transacción.

En cuanto a los niveles de aislamiento que nos ofrece MySQL son los siguientes:

• SERIALIZABLE
• REPEATABLE READ
• READ COMMITED
• READ UNCOMMITTED

La instrucción que nos permite cambiar el nivel de aislamiento es también SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL .

Puedes leer la documentación oficial sobre transacciones de MySQL. Hay unas cuantas particularidades así que conviene leerlo detenidamente.

Transacciones en Oracle

En Oracle las instrucciones equivalentes a las genéricas son las siguientes:

• START TRANSACTION o BEGIN: marca el inicio de una transacción. Se suele usar más a menudo BEGIN porque es más corto.
• ROLLBACK: fuerza que se deshaga la transacción en caso de haber un problema o querer abandonarla. Cierra la transacción.
• COMMIT: confirma el conjunto de operaciones convirtiendo los datos en definitivos. Marca el éxito de la operación de bloque y cierra la transacción.

En cuanto a los niveles de aislamiento que nos ofrece Oracle son idénticos a los anteriores:

• SERIALIZABLE
• REPEATABLE READ
• READ COMMITED
• READ UNCOMMITTED

La instrucción que nos permite cambiar el nivel de aislamiento es también SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL. Es interesante leer al respecto este artículo de su documentación oficial sobre concurrencia de datos y consistencia.

Puedes leer la documentación oficial sobre transacciones de Oracle.

Con este artículo terminamos con la serie dedicada a los fundamentos del lenguaje SQL y el manejo de información en sistemas gestores de datos relacionales.

Esperamos que lo hayas disfrutado y te haya resultado útil. Recuerda que ofrecemos unos estupendos cursos on-line tutelados sobre acceso a datos.