PostgreSQL數(shù)據(jù)庫事務(wù)實現(xiàn)方法分析

本文實例講述了PostgreSQL數(shù)據(jù)庫事務(wù)實現(xiàn)方法。分享給大家供大家參考，具體如下：

事務(wù)簡介

• 事務(wù)管理器：有限狀態(tài)機
  • 日志管理器
    • CLOG：事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果
    • XLOG：undo/redo日志
  • 鎖管理器：實現(xiàn)并發(fā)控制，讀階段采用MVCC，寫階段采用鎖控制實現(xiàn)不同的隔離級別

事務(wù)是所有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個基本概念。 一次事務(wù)的要點就是它把多個步驟捆綁成了一個單一的，不成功則成仁的操作。 其它并發(fā)的事務(wù)是看不到在這些步驟之間的中間狀態(tài)的，并且如果發(fā)生了一些問題， 導致該事務(wù)無法完成，那么所有這些步驟都完全不會影響數(shù)據(jù)庫。PostgreSQL為每條事務(wù)創(chuàng)建一個postgre進程，并發(fā)執(zhí)行事務(wù)。采用分層的機制執(zhí)行事務(wù)，上層事務(wù)塊和底層事務(wù)。上層事務(wù)塊是用戶眼中的事務(wù)，用于控制事務(wù)執(zhí)行的狀態(tài)；底層事務(wù)是事務(wù)中的每條語句，可以改變上層事務(wù)塊的狀態(tài)。

上層事務(wù)塊

每個postgre進程只有一個事務(wù)塊，上層事務(wù)塊記錄著本次事務(wù)執(zhí)行過程中的各個狀態(tài)。

typedef enum TBlockState
{
  /* not-in-transaction-block states */
  TBLOCK_DEFAULT,       /* idle */
  TBLOCK_STARTED,       /* 執(zhí)行簡單查詢事務(wù) */
  /* transaction block states */
  TBLOCK_BEGIN,        /* 遇見事務(wù)開始BEGIN */
  TBLOCK_INPROGRESS,     /* 事務(wù)正在執(zhí)行中 */
  TBLOCK_PARALLEL_INPROGRESS, /* live transaction inside parallel worker */
  TBLOCK_END,         /* 遇見事務(wù)結(jié)束COMMIT/END的時候設(shè)置 */
  TBLOCK_ABORT,        /* 事務(wù)出錯，等待ROLLBACK */
  TBLOCK_ABORT_END,      /* 事務(wù)出錯，收到ROLLBACK */
  TBLOCK_ABORT_PENDING,    /* 事務(wù)處理中，接收到ROLLBACK */
  TBLOCK_PREPARE,       /* 事務(wù)處理中，收到PREPARE(分布式事務(wù)) */
  /* subtransaction states */
  TBLOCK_SUBBEGIN,      /* starting a subtransaction */
  TBLOCK_SUBINPROGRESS,    /* live subtransaction */
  TBLOCK_SUBRELEASE,     /* RELEASE received */
  TBLOCK_SUBCOMMIT,      /* COMMIT received while TBLOCK_SUBINPROGRESS */
  TBLOCK_SUBABORT,      /* failed subxact, awaiting ROLLBACK */
  TBLOCK_SUBABORT_END,    /* failed subxact, ROLLBACK received */
  TBLOCK_SUBABORT_PENDING,  /* live subxact, ROLLBACK received */
  TBLOCK_SUBRESTART,     /* live subxact, ROLLBACK TO received */
  TBLOCK_SUBABORT_RESTART   /* failed subxact, ROLLBACK TO received */
} TBlockState;

常見的事務(wù)塊狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

• startTransactionCommand：事務(wù)塊中每條語句執(zhí)行前都會調(diào)用。
• commitTransactionCommand：事務(wù)塊中每條語句執(zhí)行結(jié)束都會調(diào)用
• abortCurrentTransaction：事務(wù)塊中語句執(zhí)行錯誤，在調(diào)用點調(diào)用
• BeginTransactionBlock：遇見BEGIN命令調(diào)用，狀態(tài)變?yōu)門BLOCK_BEGIN
• EndTransactionBlock：遇見END調(diào)用，可能成功提交，也可能回滾
• AbortTransactionBlock：遇見ABORT指令調(diào)用

底層事務(wù)

底層事務(wù)是需要執(zhí)行的每條命令，負責處理資源和鎖的獲取和釋放，信號的處理，日志記錄等等

typedef enum TransState
{
  TRANS_DEFAULT,       /* idle */
  TRANS_START,        /* transaction starting */
  TRANS_INPROGRESS,      /* inside a valid transaction */
  TRANS_COMMIT,        /* commit in progress */
  TRANS_ABORT,        /* abort in progress */
  TRANS_PREPARE        /* prepare in progress */
} TransState;

主要有四個函數(shù)：

• StartTransaction：由BEGIN的startTransactionCommand調(diào)用，調(diào)用結(jié)束后事務(wù)塊狀態(tài)為TBLOCK_STARTED
• CommitTransaction：由END的commitTransactionCommand調(diào)用，提交事務(wù)
• AbortTransaction和CleanupTransaction：釋放資源，恢復默認狀態(tài)

分布式事務(wù)

PostgreSQL提供了分布式事務(wù)中的，兩階段提交的接口

并發(fā)控制

PostgreSQL采用MVCC的方式進行并發(fā)控制，每個事務(wù)看到的是一段時間前的數(shù)據(jù)快照。同時，MVCC并不能夠解決所有問題，所以也提供了行級和表級的鎖。

標準的事務(wù)隔離級別有4個，而PostgreSQL只實現(xiàn)了讀已提交和可串行化。

鎖

PostgreSQL實現(xiàn)了8種鎖(可怕)

太多了，就記住幾個吧。

• 行共享鎖：select for update/for share
• 表共享鎖：select
• 行排他鎖：insert/update/delete
• 表排他鎖：drop

加鎖的對象

• 表
  • 表鎖
  • 會話鎖
  • 擴展鎖：新增表空間
• 頁：對索引頁面
• 元組：
• 事務(wù)：

死鎖處理

• postgresql檢測出最后一個等待的殺掉，oracle是第一個等待的殺掉
• 死鎖檢測算法(等待圖)

MVCC

關(guān)鍵詞：

• 基于事務(wù)ID
• 行級多版本
• 無回滾段，行內(nèi)存儲
  • 一次UPDATE，產(chǎn)生記錄兩個版本
  • 兩個版本都存在頁面內(nèi)部

typedef struct HeapTupleFields
{
  TransactionId t_xmin;    /* Insert，Update事務(wù) */
  TransactionId t_xmax;    /* Delete，Update，Row Locks事務(wù)ID */
  union
  {
    CommandId  t_cid;   /* 操作ID */
    TransactionId t_xvac;  /* old-style VACUUM FULL xact ID */
  }      t_field3;
} HeapTupleFields;

cmin:插入該元組的命令在插入事務(wù)中的命令標識（從0開始累加）
cmax:刪除該元組的命令在插入事務(wù)中的命令標識（從0開始累加）
ctid：相當于rowid ， 數(shù)據(jù)塊ID，偏移量>
XID:事務(wù)ID
Xid_snapshot:當前系統(tǒng)中未提交的事務(wù)
CLOG：事務(wù)狀態(tài)日志(已提交的日志)

隔離級別

1. RC：讀已提交
   1. 兩個事務(wù)可以并發(fā)更新同一行
   2. 一個事務(wù)更新，一個事務(wù)刪除同一行，刪除操作會上鎖
2. RR：讀未提交，其實是snapshot isolation，(沖突狀態(tài)會回滾)
3. 可串行化：serialize snapshot isolation，比標準可串行化要高,通過加內(nèi)存中的意向鎖實現(xiàn)，不允許預加鎖的數(shù)據(jù)被其他事務(wù)變更

數(shù)據(jù)可見性判斷

1. 記錄的頭部XID信息比當前事務(wù)更早(rr和ssi有這個要求，read commited沒有這個要求，讀已經(jīng)提交可以讀未來的事務(wù)?。?
2. 記錄頭部的XID信息不在當前的XID_snapshot中，(記錄上的事務(wù)狀態(tài)不是未提交的事務(wù))
3. 記錄頭部的XID信息在CLOG中代表已提交。

• MVCC需要判斷該行數(shù)據(jù)在這個事務(wù)中的有效性，可見性，可更新性(需要鎖的幫助才能正確執(zhí)行隔離級別)
• 判斷條件：若xmin等于當前事務(wù)ID，則包含所有xmax=0（未被刪除）的元組。
  若與xmin相等的事務(wù)ID對應(yīng)的事務(wù)已經(jīng)被提交，則包含所有xmax=0或xmax為當前事務(wù)ID的元組。
• 實現(xiàn)概要
  • 對讀不用加鎖，對寫加鎖(只阻塞寫)，事務(wù)結(jié)束對比是否沖突

多行數(shù)據(jù)需要過期版本回收

1. 頁面級：頁面訪問時回收
2. 表級/系統(tǒng)級： autovacuum； vacuum

日志

1. pg_log:數(shù)據(jù)庫活動日志（也就是數(shù)據(jù)庫的操作日志）；
2. pg_xlog:事務(wù)日志，記錄事務(wù)的執(zhí)行過程，redo日志
3. pg_clog:事務(wù)狀態(tài)日志（pg_clog是pg_xlog的輔助日志），記錄事務(wù)的結(jié)果。

希望本文所述對大家PostgreSQL數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計有所幫助。