ทำไมต้องใช้ Database Transaction?

Originally published at https://somprasongd.work/blog/db/dbtx

ในการพัฒนาระบบที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลสำคัญ เช่น การเงิน หนึ่งในสิ่งที่ขาดไม่ได้คือการใช้ Database Transaction เพื่อให้มั่นใจว่าข้อมูลจะถูกจัดการอย่างถูกต้องและปลอดภัย โดยเฉพาะในสถานการณ์ที่มีหลายคำสั่ง SQL ทำงานร่วมกัน เช่น "การโอนเงิน" ที่ต้องอัปเดตยอดเงินสองบัญชีพร้อมกัน

ในบทความนี้ เราจะพาคุณเข้าใจว่าเหตุใดการใช้ Transaction จึงสำคัญ ผ่านการเรียนรู้แนวคิด ACID, Lock, และ Deadlock ด้วยตัวอย่างจากการโอนเงินระหว่างบัญชีด้วย PostgreSQL

---

โครงสร้างฐานข้อมูล: accounts และ transactions

CREATE TABLE public.accounts (
    id serial4 NOT NULL,
    "name" text NOT NULL,
    balance numeric NOT NULL,
    CONSTRAINT accounts_pkey PRIMARY KEY (id)
);

CREATE TABLE public.transactions (
    id serial4 NOT NULL,
    from_account_id int4 NULL,
    to_account_id int4 NULL,
    amount numeric NOT NULL,
    created_at timestamp DEFAULT now() NULL,
    CONSTRAINT transactions_pkey PRIMARY KEY (id),
    CONSTRAINT transactions_from_account_id_fkey FOREIGN KEY (from_account_id) REFERENCES public.accounts(id),
    CONSTRAINT transactions_to_account_id_fkey FOREIGN KEY (to_account_id) REFERENCES public.accounts(id)
);

---

ปัญหา: การโอนเงินโดยไม่ใช้ Transaction

สมมุติว่าเราต้องโอนเงิน 500 บาทจากบัญชี A ไปยังบัญชี B โดยใช้คำสั่ง SQL ต่อไปน

UPDATE accounts SET balance = balance - 500 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 500 WHERE id = 2;
INSERT INTO transactions (from_account_id, to_account_id, amount)
VALUES (1, 2, 500);

ถ้าเกิดเหตุขัดข้องหลังอัปเดตบัญชี A แล้ว (เช่น network error หรือ crash) แต่ยังไม่ทันเพิ่มเงินให้บัญชี B — เงิน 500 บาทจะ “หายไปจากระบบ” ซึ่งเป็นปัญหาหนักมากในระบบการเงิน

---

วิธีแก้: ใช้ Database Transaction

BEGIN;

UPDATE accounts SET balance = balance - 500 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 500 WHERE id = 2;

INSERT INTO transactions (from_account_id, to_account_id, amount)
VALUES (1, 2, 500);

COMMIT;

หากคำสั่งใดล้มเหลว PostgreSQL จะไม่ COMMIT และเราสามารถ ROLLBACK เพื่อยกเลิกทุกคำสั่งที่ทำไปแล้ว ทำให้ข้อมูลไม่เสียหาย

---

เข้าใจ ACID: หัวใจของ Transaction

ACID คือคุณสมบัติหลักของ Database Transaction ที่ทำให้ข้อมูลเชื่อถือได้ ซึ่งย่อมาจาก

• Atomicity – ทุกคำสั่งใน transaction ต้องสำเร็จทั้งหมด หรือไม่สำเร็จเลย
• Consistency – หลัง transaction สำเร็จ ฐานข้อมูลยังคงถูกต้องตามกฎ เช่น balance ≥ 0
• Isolation – แต่ละ transaction ไม่รบกวนกันระหว่างทำงานพร้อมกัน
• Durability – เมื่อ COMMIT แล้ว ข้อมูลจะถูกบันทึกถาวร แม้ระบบดับ

ตัวอย่าง: หากมีคนโอนเงินจากบัญชีเดียวกันสองคนพร้อมกัน PostgreSQL ต้องมั่นใจว่าไม่มีการขัดแย้ง หรือข้อมูลผิดเพี้ยน เช่นเงินติดลบ

---

การล็อกข้อมูล (Database Lock)

PostgreSQL จะล็อก row-level อัตโนมัติเมื่อมี UPDATE:

UPDATE accounts SET balance = balance - 500 WHERE id = 1;

แถวของบัญชี id = 1 จะถูกล็อกไว้จนกว่า transaction จะจบ เพื่อป้องกันไม่ให้ transaction อื่นเข้ามาแก้ไขบัญชีเดียวกันพร้อมกัน

สถานการณ์: select ก่อน update

แต่ในกรณีที่ใน application logic มีการดึงข้อมูล (select) ขึ้นมาก่อน แล้วทำการแก้ไขค่า เสร็จแล้วบันทึกกลับไปในฐานข้อมูล (update) แล้วเกิด transaction เข้ามาแก้ไขบัญชีเดียวกันพร้อมกัน เช่น

-- Transaction A
BEGIN;
SELECT id, "name", balance FROM accounts WHERE id = 1;
id|name|balance|
--+----+-------+
 1|A   |   1000|

UPDATE accounts SET balance = 1000 - 500 WHERE id = 1;

COMMIT;

-- Transaction B (เกิดขึ้นพร้อมกัน)
BEGIN;
SELECT id, "name", balance FROM accounts WHERE id = 1;
id|name|balance|
--+----+-------+
 1|A   |   1000|

UPDATE accounts SET balance = 1000 - 500 WHERE id = 1;

COMMIT;

ในสถานการณ์นี้จะทำให้ค่า balance ผิด แทนที่จะเหลือ 0 แต่กลับเหลือ 500 แทน

วิธีแก้: ใช้ SELECT FOR UPDATE เพื่อล็อกก่อน

-- Transaction A
BEGIN;
SELECT id, "name", balance FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE;
id|name|balance|
--+----+-------+
 1|A   |   1000|

UPDATE accounts SET balance = 1000 - 500 WHERE id = 1;

COMMIT;

-- Transaction B (เกิดขึ้นพร้อมกัน)
BEGIN;
SELECT id, "name", balance FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- จะหยุดรอจนกว่า Transaction A จะ COMMIT หรือ ROLLBACK
id|name|balance|
--+----+-------+
 1|A   |   500|

UPDATE accounts SET balance = 500 - 500 WHERE id = 1;

COMMIT;

---

Deadlock: ล็อกขัดกันเอง

สถานการณ์ที่ 1:

• Transaction A: โอน A ➜ B
• Transaction B: โอน B ➜ A

-- Transaction A
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 500 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 500 WHERE id = 2;
-- รอ เพราะ lock จาก Transaction B

-- Transaction B (เกิดขึ้นพร้อมกัน)
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 300 WHERE id = 2;
UPDATE accounts SET balance = balance + 300 WHERE id = 1;
-- ERROR: deadlock detected

สถานการณ์ที่ 2:

ถ้า INSERT ไปยัง transactions ซึ่งมี Foreign Key อ้างถึง accounts.id และหากมีอีก transaction กำลัง UPDATE accounts อยู่ อาจเกิด Deadlock ได้

เช่น สมมุติให้เปลี่ยนลำดับให้บันทึก transactions ก่อน แล้วมาดึงข้อมูลข้อมูล accounts ก่อน update

-- Transaction A
BEGIN;

INSERT INTO transactions (from_account_id, to_account_id, amount)
VALUES (1, 2, 500);

SELECT id, "name", balance FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- หยุดรอ เพราะ INSERT INTO transactions จาก Transaction B

-- Transaction B (เกิดขึ้นพร้อมกัน)
BEGIN;

INSERT INTO transactions (from_account_id, to_account_id, amount)
VALUES (1, 2, 500);

SELECT id, "name", balance FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- ERROR: deadlock detected

จากสถานการณ์ที่ยกตัวอย่างมา ทั้งสอง transaction จะล็อกบัญชีฝั่งของตนเองก่อน แล้วรอกันข้าม — ทำให้เกิด Deadlock PostgreSQL จะเลือก kill transaction ใด transaction หนึ่งเพื่อยกเลิก

---

วิธีป้องกัน Deadlock

• ล็อก row ตามลำดับเสมอ
  ใช้ ORDER BY id เพื่อให้ทุก transaction ล็อกบัญชีตามลำดับเดียวกัน เช่น id จากน้อยไปมาก

• ล็อก row ก่อนอัปเดตด้วย FOR NO KEY UPDATE
  หากไม่ล็อก row ล่วงหน้า PostgreSQL จะพยายามล็อกเองในตอนที่ INSERT ไปยัง transactions ซึ่งมี Foreign Key อ้างถึง accounts.id
  หากอีก transaction กำลัง UPDATE accounts อยู่ อาจเกิด Deadlock ได้
  FOR NO KEY UPDATE คือระดับ lock ที่

  • ป้องกันการ update, delete หรือ insert ที่อ้าง foreign key
  • เบากว่า FOR UPDATE แต่ปลอดภัยสำหรับกรณีแบบนี้
  • เหมาะสำหรับ row ที่เราจะอัปเดต (แต่ไม่เปลี่ยนค่า primary key)

• ควร UPDATE accounts ก่อน แล้วค่อย INSERT transactions
  
  ช่วยลดความเสี่ยงในการเกิด Deadlock เพราะว่าหากคุณ INSERT ก่อน และมี Foreign Key ไปที่ accounts → PostgreSQL จะพยายามล็อก row เหล่านั้นก่อน ถ้าคำสั่ง UPDATE accounts มาทีหลัง อาจเกิด Deadlock ได้ (โดยเฉพาะถ้าอีก transaction ล็อกกลับกัน)

ตัวอย่าง

-- Transaction A
BEGIN;

-- 1. ล็อกบัญชีล่วงหน้าเพื่อลดโอกาส deadlock
SELECT id FROM accounts
WHERE id IN (1, 2)
ORDER BY id
FOR NO KEY UPDATE;

-- 2. อัปเดตยอดเงิน
UPDATE accounts SET balance = balance - 500 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 500 WHERE id = 2;

-- 3. บันทึกธุรกรรม
INSERT INTO transactions (from_account_id, to_account_id, amount)
VALUES (1, 2, 500);

COMMIT;

-- Transaction B (เกิดขึ้นพร้อมกัน)
BEGIN;

SELECT id FROM accounts
WHERE id IN (1, 2)
ORDER BY id
FOR NO KEY UPDATE;
-- รอจนกว่า Transaction A จะถูก COMMIT หรือ ROLLBACK

UPDATE accounts SET balance = balance - 300 WHERE id = 2;
UPDATE accounts SET balance = balance + 300 WHERE id = 1;

INSERT INTO transactions (from_account_id, to_account_id, amount)
VALUES (2, 1, 300);

COMMIT;

---

ตารางเปรียบเทียบระดับ Lock (ใน SELECT ... FOR ...)

Lock Mode	ใช้ในกรณี	ป้องกันไม่ให้ใครทำอะไรได้บ้าง
FOR UPDATE	อัปเดต row	ห้ามใคร update/delete แถวนี้
FOR NO KEY UPDATE	อัปเดต row (ไม่แตะ key)	ห้าม insert ที่อ้างถึง row นี้ (FK)
FOR SHARE	อ่านอย่างเดียว	ห้ามใคร delete หรือ update แถวนี้
FOR KEY SHARE	อ่านพร้อมอ้าง FK	ห้ามใครเปลี่ยน primary key หรือ delete

---

สรุป

การใช้ Database Transaction เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในระบบที่ต้องการความถูกต้องของข้อมูล โดยเฉพาะระบบการเงิน โดย PostgreSQL มีคุณสมบัติรองรับ ACID อย่างครบถ้วน พร้อมระบบ Lock และกลไกจัดการ Deadlock อัตโนมัติ

หากละเลยการใช้ Transaction อาจนำไปสู่ความเสียหายทางข้อมูล และความไม่ถูกต้องที่ยากจะแก้ไขภายหลัง