feat(数据库): 新增第四阶段前两课教学内容

2026-08-12 17:23:12 +08:00
parent f1d9548646
commit a28c3b3168
12 changed files with 1291 additions and 18 deletions
--- a/04_数据库/4_2_Python数据库事务与数据访问层/README.md
+++ b/04_数据库/4_2_Python数据库事务与数据访问层/README.md
@@ -0,0 +1,420 @@
+# 第 4-2 课：Python 数据库事务与数据访问层
+
+## 一、本课定位
+
+第一课已经完成 PostgreSQL 连接、游标、参数化查询和资源释放。本课先系统复习事务的核心概念，再学习 Python/Psycopg 中的事务边界，以及如何把 SQL 从业务逻辑中分离。数据库基础不会展开成完整 SQL 课程，但事务是后续 ORM 和 Web 业务正确性的基础，必须讲清楚。
+
+本课会写入远程练习数据库：示例创建专用表 `course_bank_account`，只重置并操作 `COURSE-` 前缀数据；练习使用另一张专用表 `course_wallet_account`，只操作 `PRACTICE-` 前缀数据。不要连接生产数据库。
+
+## 二、本课目标
+
+完成本课后，你将能够：
+
+1. 说明事务是什么以及为什么需要事务；
+2. 结合转账解释原子性、一致性、隔离性和持久性；
+3. 区分提交、回滚、自动提交和事务失败状态；
+4. 解释常见并发异常和事务隔离级别；
+5. 解释 Psycopg 默认事务行为；
+6. 使用连接上下文自动提交和回滚；
+7. 理解为什么异常必须传播出事务上下文；
+8. 使用 `executemany()` 批量执行同一条参数化 SQL；
+9. 使用 `FOR UPDATE` 锁定待修改数据；
+10. 使用 Repository 隔离 SQL；
+11. 把业务规则放在 Service 中；
+12. 让一次业务操作共享同一连接和事务；
+13. 对照 JDBC、MyBatis 和 Spring 事务理解 Python实现。
+
+## 三、事务是什么
+
+事务（Transaction）是数据库中的一个工作单元：它包含一条或多条操作，这些操作应该作为一个不可分割的整体完成。
+
+转账至少包含两条更新：
+
+```text
+账户A扣款200元
+账户B入账200元
+```
+
+如果第一条成功、第二条失败，却保留了第一条结果，钱就凭空减少了。事务要求最终只能出现两种结果：
+
+```text
+全部成功 → 提交（COMMIT）
+任一步失败 → 回滚（ROLLBACK），恢复到事务开始前
+```
+
+对应的SQL概念是：
+
+```sql
+BEGIN;
+
+UPDATE account SET balance = balance - 200 WHERE account_no = 'A';
+UPDATE account SET balance = balance + 200 WHERE account_no = 'B';
+
+COMMIT;
+```
+
+中间发生错误时执行：
+
+```sql
+ROLLBACK;
+```
+
+使用Psycopg时通常不需要手写`BEGIN`。驱动会按连接状态自动开始事务，代码负责正确划定提交和回滚边界。
+
+## 四、事务的ACID特性
+
+ACID是事务需要满足的四类核心性质。
+
+### 4.1 原子性（Atomicity）
+
+事务内的操作要么全部成功，要么全部失败。转账中的扣款和入账不能只保留其中一步。
+
+本课的失败示例会先扣除50元，再主动抛出异常。最终余额不变，就是在验证原子性。
+
+### 4.2 一致性（Consistency）
+
+事务执行前后，数据都必须满足数据库约束和业务规则。例如：
+
+- 余额不能小于0；
+- 转账前后两个账户的余额总额不应无故变化；
+- 目标账户必须存在；
+- 主键、非空和检查约束仍然成立。
+
+一致性不是只靠数据库自动保证。数据库约束、事务、锁和Service中的业务校验要共同工作。
+
+### 4.3 隔离性（Isolation）
+
+多个事务并发执行时，一个事务不应随意看到另一个尚未完成事务的中间状态。
+
+假设账户A余额为1000元，两个请求同时转出800元。如果二者都先读取到1000，再分别扣款，就可能发生超额转账。事务隔离级别和行锁用于控制这种并发影响。
+
+隔离不等于所有事务完全串行。隔离越强，并发冲突通常越少，但等待和资源成本可能越高。
+
+### 4.4 持久性（Durability）
+
+事务成功提交后，结果应该持久保存。程序退出或连接关闭后，再使用新连接查询，仍然能够看到已提交的余额。
+
+本课使用独立连接回查成功转账结果，就是在直观验证持久性。
+
+## 五、提交、回滚与事务状态
+
+### 5.1 提交
+
+`COMMIT`确认事务中的修改。提交成功后，其他事务才能按照隔离规则观察到这些结果，当前事务也不能再整体撤销。
+
+### 5.2 回滚
+
+`ROLLBACK`取消当前事务中尚未提交的修改。它不是反向执行一条新的补偿SQL，而是让数据库放弃本次事务的未提交结果。
+
+### 5.3 PostgreSQL事务失败状态
+
+PostgreSQL事务中的某条SQL失败后，当前事务通常进入失败状态。即使后面的SQL本身正确，也会收到类似错误：
+
+```text
+current transaction is aborted, commands ignored until end of transaction block
+```
+
+中文含义是：当前事务已经失败，在事务结束前忽略后续命令。此时必须回滚，或让Psycopg的连接上下文因异常退出并自动回滚。
+
+### 5.4 自动提交
+
+自动提交（Autocommit）表示每条独立SQL完成后立即提交。它适合部分不需要多语句原子性的操作，但无法把扣款和入账自动组合成一个事务。
+
+Psycopg默认`autocommit=False`。本课保持默认行为，不开启自动提交。
+
+## 六、隔离级别与并发异常
+
+常见并发异常如下：
+
+| 并发现象 | 含义 |
+|---|---|
+| 脏读（Dirty Read） | 读取到其他事务尚未提交的数据；对方回滚后，读到的数据从未真正成立 |
+| 不可重复读（Non-repeatable Read） | 同一事务两次读取同一行，期间被其他事务提交修改，结果不同 |
+| 幻读（Phantom Read） | 同一事务两次执行相同范围查询，结果行数量因其他事务提交而变化 |
+| 丢失更新（Lost Update） | 两个事务基于同一旧值更新，后提交的结果覆盖前一个结果 |
+
+SQL标准定义四个主要隔离级别：
+
+| 隔离级别 | 基本含义 | PostgreSQL说明 |
+|---|---|---|
+| `READ UNCOMMITTED` | 理论上允许读取未提交数据 | PostgreSQL内部按`READ COMMITTED`处理 |
+| `READ COMMITTED` | 每条语句读取执行开始前已提交的数据 | PostgreSQL默认级别 |
+| `REPEATABLE READ` | 事务内多次查询基于稳定快照 | 提交时仍可能出现并发冲突 |
+| `SERIALIZABLE` | 尽量表现得像事务串行执行 | 冲突时可能要求应用重试事务 |
+
+隔离级别不能代替所有业务并发控制。本课在默认`READ COMMITTED`下使用`SELECT ... FOR UPDATE`锁住即将修改的账户行。
+
+## 七、JDBC与Psycopg事务对照
+
+| Java常见写法 | Psycopg写法 | 含义 |
+|---|---|---|
+| `connection.setAutoCommit(false)` | 默认连接首次操作自动进入事务 | 开始事务工作 |
+| `connection.commit()` | 正常离开连接`with` | 提交 |
+| `connection.rollback()` | 异常离开连接`with` | 回滚 |
+| `try-with-resources` | `with psycopg.connect(...)` | 管理连接生命周期 |
+| Mapper/DAO | Repository | 封装SQL和结果转换 |
+| Service | Service | 组织业务规则 |
+| `@Transactional` | 外层连接/事务上下文 | 划定事务边界 |
+
+Python没有Spring默认提供的声明式`@Transactional`。直接使用Psycopg时，需要显式组织事务上下文；后续SQLAlchemy和FastAPI课程会进一步统一Session生命周期。
+
+## 八、Psycopg默认事务行为
+
+Psycopg遵循DB-API习惯：连接默认不是自动提交模式。包括`SELECT`在内的数据库操作通常都会启动事务。
+
+```python
+with psycopg.connect(**database_config) as connection:
+    connection.execute("UPDATE ...")
+```
+
+正常离开`with`时提交；块内异常传播出去时回滚；最后关闭连接。
+
+### 8.1 异常不能在事务内部被吞掉
+
+错误写法：
+
+```python
+with psycopg.connect(**database_config) as connection:
+    try:
+        connection.execute("UPDATE ...")
+        raise TransferError("后续失败")
+    except TransferError:
+        print("失败")
+```
+
+异常已经在`with`内部被捕获，连接上下文看到的是“正常结束”，可能提交前面的更新。
+
+正确边界：
+
+```python
+try:
+    with psycopg.connect(**database_config) as connection:
+        connection.execute("UPDATE ...")
+        raise TransferError("后续失败")
+except TransferError as error:
+    print(error)
+```
+
+异常先离开`with`，触发回滚，然后才由外层处理。
+
+### 8.2 手动提交和回滚
+
+连接上下文适合“整个代码块就是一个事务”的情况，也可以显式控制：
+
+```python
+connection = psycopg.connect(**database_config)
+
+try:
+    connection.execute("UPDATE ...")
+    connection.execute("UPDATE ...")
+    connection.commit()
+except Exception:
+    connection.rollback()
+    raise
+finally:
+    connection.close()
+```
+
+这与JDBC手动事务非常接近。但只要业务边界能自然表达为代码块，优先使用`with`，可以减少遗漏回滚或关闭连接的风险。
+
+### 8.3 连接with与事务with的区别
+
+本课使用：
+
+```python
+with psycopg.connect(**database_config) as connection:
+    ...
+```
+
+它同时管理事务和连接生命周期。Psycopg还提供：
+
+```python
+with connection.transaction():
+    ...
+```
+
+后者只划定一个事务或保存点范围，不负责创建连接。它适合长连接或连接池场景。本阶段后续课程结合连接池时再深入使用。
+
+## 九、Repository与Service职责
+
+本课采用：
+
+```text
+main
+  ↓ 创建连接并划定事务
+Service
+  ↓ 组织转账规则
+Repository
+  ↓ 执行参数化SQL
+PostgreSQL
+```
+
+Repository不应在每个方法中调用`commit()`，否则扣款刚提交、入账却失败时，外层已经无法回滚整个业务操作。
+
+```python
+class AccountRepository:
+    def __init__(self, connection):
+        self.connection = connection
+
+    def change_balance(self, account_no, amount):
+        self.connection.execute(...)
+        # 这里不提交。
+```
+
+Service也不负责创建连接，它复用同一个Repository，从而保证多个SQL处于同一事务。
+
+## 十、FOR UPDATE、锁与死锁
+
+转账前先查询余额：
+
+```sql
+SELECT balance
+FROM course_bank_account
+WHERE account_no = %s
+FOR UPDATE
+```
+
+`FOR UPDATE`会锁定选中的行，直到事务提交或回滚。它能防止两个并发事务同时读取相同旧余额后分别扣款。
+
+这种“先锁定，再判断和修改”的做法属于悲观锁：代码假设并发冲突可能发生，因此提前取得排他性的行锁。
+
+锁会持续到事务提交或回滚。事务范围过大，会让其他请求等待更久，因此事务中不应夹杂耗时的网络请求、人工操作或无关计算。
+
+### 10.1 死锁
+
+如果事务一先锁A再锁B，事务二同时先锁B再锁A，双方可能互相等待。数据库会检测死锁并中止其中一个事务。
+
+降低死锁风险的常用办法：
+
+- 多个事务按照统一顺序锁定资源，例如始终按账号升序；
+- 缩短事务时间；
+- 只锁真正需要修改的行；
+- 应用捕获死锁或序列化失败，并按策略重试整个事务。
+
+## 十一、批量操作
+
+多条数据执行相同SQL时，可以使用：
+
+```python
+with connection.cursor() as cursor:
+    cursor.executemany(
+        "INSERT INTO course_bank_account VALUES (%s, %s, %s)",
+        accounts,
+    )
+```
+
+它比手工拼接多条SQL安全，也明确表达“同一语句、不同参数”。它不等于无限制地一次提交海量数据；生产中仍要根据数据量分批。
+
+## 十二、完整示例
+
+示例文件为[transaction_repository_example.py](./transaction_repository_example.py)，包含：
+
+- `AccountRepository`：建表、初始化、查询和更新；
+- `TransferService`：金额检查、余额检查、扣款和入账；
+- 成功事务：转账200元并自动提交；
+- 失败事务：先扣50元再抛出异常，验证自动回滚；
+- 独立连接回查：证明提交和回滚的最终状态。
+
+## 十三、准备配置
+
+在第二课目录执行：
+
+```powershell
+Copy-Item .\config.example.toml .\config.toml
+```
+
+填写第一课使用的同一套专用练习数据库配置。`config.toml`已被项目`.gitignore`排除。
+
+## 十四、运行方法与预期结果
+
+激活已安装Psycopg的Conda环境：
+
+```powershell
+conda activate python-test
+python .\transaction_repository_example.py
+```
+
+关键结果应为：
+
+```text
+初始余额：
+COURSE-A001｜小明｜余额：1000.00
+COURSE-A002｜小红｜余额：500.00
+成功转账 200 元后：
+COURSE-A001｜小明｜余额：800.00
+COURSE-A002｜小红｜余额：700.00
+失败事务已回滚：模拟第二步失败，验证前一步更新会被回滚。
+失败事务回滚后：
+COURSE-A001｜小明｜余额：800.00
+COURSE-A002｜小红｜余额：700.00
+```
+
+重复运行时，示例会先删除`COURSE-`前缀数据并重新初始化，因此结果保持一致。
+
+## 十五、常见错误
+
+### 15.1 Repository内部提交
+
+这会破坏跨多个SQL的原子性。提交和回滚应由业务事务边界统一控制。
+
+### 15.2 在with内部捕获业务异常
+
+异常没有传播给连接上下文，可能导致错误提交。先让异常离开事务块，再在外层捕获。
+
+### 15.3 失败后继续使用同一事务
+
+PostgreSQL语句失败后，当前事务通常进入失败状态。在回滚前继续执行SQL，会收到`current transaction is aborted`一类错误。
+
+### 15.4 使用float表示金额
+
+二进制浮点数可能产生精度误差。课程金额使用`Decimal("200.00")`，数据库使用`NUMERIC(12, 2)`。
+
+### 15.5 先查询再更新却没有锁
+
+单用户测试可能正常，但并发时可能发生余额覆盖或超额扣款。本课使用`FOR UPDATE`锁定账户行。
+
+### 15.6 清理范围过大
+
+不要使用无条件`DELETE`或`TRUNCATE`。示例和练习只删除指定前缀的课程数据。
+
+## 十六、课堂练习
+
+打开[practice.py](./practice.py)，实现独立的钱包转账练习。题目已经明确：
+
+1. 配置读取；
+2. Repository方法；
+3. Service业务规则；
+4. 批量初始化；
+5. 成功事务；
+6. 失败回滚；
+7. 回查、输出和异常处理。
+
+## 十七、本课小结
+
+- 事务把多条数据库操作组织成一个工作单元；
+- ACID分别是原子性、一致性、隔离性和持久性；
+- 提交确认修改，回滚取消尚未提交的修改；
+- PostgreSQL事务中的SQL失败后，通常必须先回滚才能继续；
+- 隔离级别控制并发事务互相可见的范围；
+- 事务边界应该覆盖完整业务操作；
+- Repository封装SQL，但不擅自提交；
+- Service组织业务规则，但复用外部连接；
+- 异常必须先离开事务上下文才能触发自动回滚；
+- `executemany()`适合相同SQL的多组参数；
+- `FOR UPDATE`用于锁定即将修改的数据；
+- 金额应使用`Decimal`与数据库`NUMERIC`。
+
+## 十八、验收标准
+
+- 能使用转账说明为什么需要事务；
+- 能结合示例解释ACID四个特性；
+- 能区分提交、回滚和自动提交；
+- 能简要说明脏读、不可重复读、幻读和丢失更新；
+- 能解释连接上下文何时提交、何时回滚；
+- 能说明为什么Repository不能随意提交；
+- 标准示例重复运行且结果一致；
+- 练习的成功转账同时更新两个钱包；
+- 模拟失败后第一条更新被完整回滚；
+- SQL全部参数化；
+- 只操作课程专用表和指定前缀数据；
+- 未提交真实`config.toml`。
--- a/04_数据库/4_2_Python数据库事务与数据访问层/config.example.toml
+++ b/04_数据库/4_2_Python数据库事务与数据访问层/config.example.toml
@@ -0,0 +1,10 @@
+# 复制本文件并重命名为 config.toml，再填写本地练习数据库信息。
+# config.toml 已加入项目 .gitignore，不会被 Git 跟踪。
+
+[postgresql]
+host = "数据库主机"
+port = 5432
+dbname = "数据库名"
+user = "用户名"
+password = "密码"
+connect_timeout = 10
--- a/04_数据库/4_2_Python数据库事务与数据访问层/practice.py
+++ b/04_数据库/4_2_Python数据库事务与数据访问层/practice.py
@@ -0,0 +1,130 @@
+# 第 4-2 课练习：使用事务完成安全转账
+#
+# 本文件只提供题目，不包含导入、代码骨架、测试数据或参考答案。
+# 本练习会创建 course_wallet_account 表，并只操作 PRACTICE- 前缀的数据。
+# 请勿把表名改成现有业务表，也不要删除不属于本练习的数据。
+
+
+# 第一部分：准备配置和异常
+# 1. 导入 Decimal、Path、tomllib 和 psycopg。
+# 2. 从 psycopg 导入 Connection。
+# 3. 使用 Path(__file__).with_name("config.toml") 定义 CONFIG_PATH。
+# 4. 定义 WalletError(Exception)，类体只写 pass。
+# 5. 实现 load_database_config(config_path)，要求与第一课相同：
+#    - 文件不存在时抛出明确的 RuntimeError；
+#    - 使用 tomllib 读取 [postgresql]；
+#    - 配置节不是字典时抛出明确的 RuntimeError；
+#    - 返回数据库配置字典。
+
+# 第二部分：定义 WalletRepository
+# 1. __init__(self, connection) 保存 Connection，但不在 Repository 中创建连接。
+# 2. create_table() 执行以下建表逻辑：
+#    - 表名 course_wallet_account；
+#    - wallet_no VARCHAR(30) 主键；
+#    - owner_name VARCHAR(50) 非空；
+#    - balance NUMERIC(12, 2) 非空并且大于等于 0；
+#    - 使用 CREATE TABLE IF NOT EXISTS。
+# 3. reset_practice_wallets() 只删除 wallet_no LIKE 'PRACTICE-%' 的记录，
+#    模式字符串必须作为参数传入，不得拼接 SQL。
+# 4. add_wallets(wallets) 使用 with connection.cursor() 创建游标，
+#    再调用 cursor.executemany() 批量新增。
+# 5. find_balance_for_update(wallet_no) 使用参数化 SQL 和 FOR UPDATE：
+#    - 找不到时抛出 WalletError("钱包不存在：{wallet_no}")；
+#    - 找到时返回 Decimal 余额。
+# 6. change_balance(wallet_no, amount) 使用 balance = balance + %s 更新余额；
+#    - cursor.rowcount 不等于 1 时抛出钱包不存在异常；
+#    - 本方法不调用 commit() 或 rollback()。
+# 7. find_practice_wallets() 查询 PRACTICE- 前缀记录，按 wallet_no 排序并返回结果。
+#
+# Repository 边界提醒：
+# - Repository 负责 SQL 和结果转换；
+# - 不要在 add_wallets()、change_balance() 内提交事务；
+# - 多个 Repository 操作需要由外层业务事务统一提交或回滚。
+
+# 第三部分：定义 WalletTransferService
+# 1. __init__(self, repository) 保存 WalletRepository。
+# 2. transfer(self, source_no, target_no, amount) 按顺序执行：
+#    - amount <= 0 时抛出 WalletError("转账金额必须大于 0。")；
+#    - 调用 find_balance_for_update(source_no)，保存 source_balance；
+#    - 调用 find_balance_for_update(target_no)，确认目标钱包存在并锁定；
+#    - source_balance < amount 时抛出 WalletError("钱包余额不足。")；
+#    - 调用 change_balance(source_no, -amount)；
+#    - 调用 change_balance(target_no, amount)。
+# 3. transfer() 不调用 commit() 或 rollback()。
+
+# 第四部分：准备练习数据
+# 1. 定义 prepare_data(database_config)。
+# 2. 使用 with psycopg.connect(**database_config) as connection 管理事务。
+# 3. 创建 WalletRepository(connection)。
+# 4. 依次调用 create_table() 和 reset_practice_wallets()。
+# 5. 调用 add_wallets() 批量新增：
+#    - ("PRACTICE-W001", "张三", Decimal("800.00"))
+#    - ("PRACTICE-W002", "李四", Decimal("300.00"))
+# 6. 正常离开 with，让初始化事务自动提交。
+
+# 第五部分：完成成功事务
+# 1. 定义 run_successful_transfer(database_config)。
+# 2. 使用一个连接上下文创建 Repository 和 Service。
+# 3. 调用：
+#    service.transfer("PRACTICE-W001", "PRACTICE-W002", Decimal("150.00"))
+# 4. 正常离开 with，不要手工调用 commit()。
+# 5. 成功后两个余额应分别为 650.00 和 450.00。
+
+# 第六部分：完成失败事务并验证回滚
+# 1. 定义 run_failed_transfer(database_config)。
+# 2. 在 try 中创建连接上下文和 Repository。
+# 3. 先调用：
+#    repository.change_balance("PRACTICE-W001", Decimal("-50.00"))
+# 4. 紧接着抛出 WalletError("模拟入账失败。")。
+# 5. 在连接上下文外捕获 WalletError，并输出：
+#    “失败事务已回滚：模拟入账失败。”
+# 6. 不要在 except 前捕获并吞掉异常，否则连接上下文无法自动回滚。
+# 7. 回查后余额必须仍为 650.00 和 450.00，而不是 600.00 和 450.00。
+
+# 第七部分：查询与 main() 输出
+# 1. 定义 query_wallets(database_config)，使用独立连接查询并返回练习钱包。
+# 2. 定义 print_wallets(title, wallets)，按以下格式逐行输出：
+#    “PRACTICE-W001｜张三｜余额：800.00”。
+# 3. main() 依次调用：
+#    - load_database_config(CONFIG_PATH)；
+#    - prepare_data(database_config)；
+#    - print_wallets("初始余额：", query_wallets(database_config))；
+#    - run_successful_transfer(database_config)；
+#    - print_wallets("成功转账 150 元后：", query_wallets(database_config))；
+#    - run_failed_transfer(database_config)；
+#    - print_wallets("失败事务回滚后：", query_wallets(database_config))。
+# 4. 分别捕获配置异常和 psycopg.Error，并输出中文场景说明。
+# 5. 添加程序入口判断并调用 main()。
+# 预期关键输出：
+# 初始余额：
+# PRACTICE-W001｜张三｜余额：800.00
+# PRACTICE-W002｜李四｜余额：300.00
+# 成功转账 150 元后：
+# PRACTICE-W001｜张三｜余额：650.00
+# PRACTICE-W002｜李四｜余额：450.00
+# 失败事务已回滚：模拟入账失败。
+# 失败事务回滚后：
+# PRACTICE-W001｜张三｜余额：650.00
+# PRACTICE-W002｜李四｜余额：450.00
+
+
+# 自查清单：
+# 1. Repository 是否复用外部传入的 Connection？
+# 2. Repository 和 Service 是否都没有自行提交事务？
+# 3. 扣款和入账是否处于同一个连接上下文？
+# 4. 失败异常是否离开连接 with 后才被捕获？
+# 5. 是否使用 FOR UPDATE 锁定待修改账户？
+# 6. 批量初始化是否使用 executemany()？
+# 7. 所有值是否通过参数化查询传入？
+# 8. 是否只清理 PRACTICE- 前缀的练习数据？
+
+
+# 最终验收标准：
+# 1. practice.py 通过语法检查并能重复运行；
+# 2. 初始化、成功转账和失败回滚的余额符合预期；
+# 3. 失败事务没有保留第一条扣款更新；
+# 4. Repository 只负责数据访问，Service 负责业务规则；
+# 5. 外层连接上下文控制事务提交和回滚；
+# 6. SQL 全部参数化，不拼接业务数据；
+# 7. 只操作本课专用表和 PRACTICE- 前缀数据；
+# 8. config.toml 与真实连接信息没有进入 Git。
--- a/04_数据库/4_2_Python数据库事务与数据访问层/requirements.txt
+++ b/04_数据库/4_2_Python数据库事务与数据访问层/requirements.txt
@@ -0,0 +1,3 @@
+# 第二课继续使用 Psycopg 3，不新增第三方框架。
+# 若使用 Conda，可以在课程环境中安装 psycopg 或 psycopg-c。
+psycopg>=3,<4
--- a/04_数据库/4_2_Python数据库事务与数据访问层/transaction_repository_example.py
+++ b/04_数据库/4_2_Python数据库事务与数据访问层/transaction_repository_example.py
@@ -0,0 +1,214 @@
+"""第 4-2 课示例：使用事务和 Repository 完成安全转账。"""
+
+from decimal import Decimal
+from pathlib import Path
+import tomllib
+
+import psycopg
+from psycopg import Connection
+from psycopg.rows import dict_row
+
+
+CONFIG_PATH = Path(__file__).with_name("config.toml")
+
+
+class TransferError(Exception):
+    """表示转账过程中可以预期的业务失败。"""
+
+
+def load_database_config(config_path: Path) -> dict[str, str | int]:
+    """读取第二课本地 TOML 数据库配置。"""
+    if not config_path.exists():
+        raise RuntimeError(
+            "未找到 config.toml，请复制 config.example.toml 并填写练习数据库配置。"
+        )
+
+    with config_path.open("rb") as config_file:
+        config_data = tomllib.load(config_file)
+
+    database_config = config_data.get("postgresql")
+    if not isinstance(database_config, dict):
+        raise RuntimeError("config.toml 缺少 [postgresql] 配置节。")
+
+    return database_config
+
+
+class AccountRepository:
+    """封装账户表 SQL，但不自行提交或回滚事务。"""
+
+    def __init__(self, connection: Connection) -> None:
+        self.connection = connection
+
+    def create_table(self) -> None:
+        """创建本课专用表；表已存在时保持不变。"""
+        self.connection.execute(
+            """
+            CREATE TABLE IF NOT EXISTS course_bank_account (
+                account_no VARCHAR(30) PRIMARY KEY,
+                owner_name VARCHAR(50) NOT NULL,
+                balance NUMERIC(12, 2) NOT NULL CHECK (balance >= 0)
+            )
+            """
+        )
+
+    def reset_course_accounts(self) -> None:
+        """只清理 COURSE- 前缀的课程数据，避免影响其他记录。"""
+        self.connection.execute(
+            "DELETE FROM course_bank_account WHERE account_no LIKE %s",
+            ("COURSE-%",),
+        )
+
+    def add_accounts(self, accounts: list[tuple[str, str, Decimal]]) -> None:
+        """使用 executemany() 批量新增课程账户。"""
+        # executemany() 是 Cursor 的方法，因此显式创建并关闭游标。
+        with self.connection.cursor() as cursor:
+            cursor.executemany(
+                """
+                INSERT INTO course_bank_account (account_no, owner_name, balance)
+                VALUES (%s, %s, %s)
+                """,
+                accounts,
+            )
+
+    def get_balance_for_update(self, account_no: str) -> Decimal:
+        """查询并锁定账户，防止并发事务同时修改同一余额。"""
+        result = self.connection.execute(
+            """
+            SELECT balance
+            FROM course_bank_account
+            WHERE account_no = %s
+            FOR UPDATE
+            """,
+            (account_no,),
+        ).fetchone()
+
+        if result is None:
+            raise TransferError(f"账户不存在：{account_no}")
+
+        return result[0]
+
+    def change_balance(self, account_no: str, amount: Decimal) -> None:
+        """使用数据库加法更新余额，并检查目标账户是否存在。"""
+        cursor = self.connection.execute(
+            """
+            UPDATE course_bank_account
+            SET balance = balance + %s
+            WHERE account_no = %s
+            """,
+            (amount, account_no),
+        )
+        if cursor.rowcount != 1:
+            raise TransferError(f"账户不存在：{account_no}")
+
+    def find_course_accounts(self) -> list[dict[str, object]]:
+        """按账号查询课程账户，并以字典行返回。"""
+        cursor = self.connection.cursor(row_factory=dict_row)
+        try:
+            cursor.execute(
+                """
+                SELECT account_no, owner_name, balance
+                FROM course_bank_account
+                WHERE account_no LIKE %s
+                ORDER BY account_no
+                """,
+                ("COURSE-%",),
+            )
+            return list(cursor.fetchall())
+        finally:
+            cursor.close()
+
+
+class TransferService:
+    """组织转账业务规则；事务由调用它的连接上下文统一管理。"""
+
+    def __init__(self, repository: AccountRepository) -> None:
+        self.repository = repository
+
+    def transfer(self, source_no: str, target_no: str, amount: Decimal) -> None:
+        """在同一事务中完成扣款与入账。"""
+        if amount <= 0:
+            raise TransferError("转账金额必须大于 0。")
+
+        source_balance = self.repository.get_balance_for_update(source_no)
+        self.repository.get_balance_for_update(target_no)
+
+        if source_balance < amount:
+            raise TransferError("账户余额不足。")
+
+        self.repository.change_balance(source_no, -amount)
+        self.repository.change_balance(target_no, amount)
+
+
+def print_accounts(title: str, accounts: list[dict[str, object]]) -> None:
+    """输出当前课程账户余额。"""
+    print(title)
+    for account in accounts:
+        print(
+            f"{account['account_no']}｜{account['owner_name']}｜"
+            f"余额：{account['balance']}"
+        )
+
+
+def prepare_data(database_config: dict[str, str | int]) -> None:
+    """创建专用表并重置本课固定数据。"""
+    with psycopg.connect(**database_config) as connection:
+        repository = AccountRepository(connection)
+        repository.create_table()
+        repository.reset_course_accounts()
+        repository.add_accounts(
+            [
+                ("COURSE-A001", "小明", Decimal("1000.00")),
+                ("COURSE-A002", "小红", Decimal("500.00")),
+            ]
+        )
+
+
+def run_successful_transfer(database_config: dict[str, str | int]) -> None:
+    """演示正常离开连接上下文时自动提交事务。"""
+    with psycopg.connect(**database_config) as connection:
+        service = TransferService(AccountRepository(connection))
+        service.transfer("COURSE-A001", "COURSE-A002", Decimal("200.00"))
+
+
+def run_failed_transfer(database_config: dict[str, str | int]) -> None:
+    """演示异常离开连接上下文时自动回滚整个事务。"""
+    try:
+        with psycopg.connect(**database_config) as connection:
+            repository = AccountRepository(connection)
+
+            # 先执行一条成功更新，再主动触发业务异常。
+            # 外层 with 会回滚，因此这 50 元扣款不会保留下来。
+            repository.change_balance("COURSE-A001", Decimal("-50.00"))
+            raise TransferError("模拟第二步失败，验证前一步更新会被回滚。")
+    except TransferError as error:
+        print(f"失败事务已回滚：{error}")
+
+
+def query_accounts(
+    database_config: dict[str, str | int],
+) -> list[dict[str, object]]:
+    """使用独立连接回查已经提交的数据。"""
+    with psycopg.connect(**database_config) as connection:
+        return AccountRepository(connection).find_course_accounts()
+
+
+def main() -> None:
+    """依次演示初始化、提交、回滚和回查。"""
+    try:
+        database_config = load_database_config(CONFIG_PATH)
+        prepare_data(database_config)
+        print_accounts("初始余额：", query_accounts(database_config))
+
+        run_successful_transfer(database_config)
+        print_accounts("成功转账 200 元后：", query_accounts(database_config))
+
+        run_failed_transfer(database_config)
+        print_accounts("失败事务回滚后：", query_accounts(database_config))
+    except (OSError, tomllib.TOMLDecodeError, RuntimeError) as error:
+        print(f"配置读取失败：{error}")
+    except psycopg.Error as error:
+        print(f"数据库访问失败：{error}")
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    main()