PostgreSQL數據庫事務實現方法分析

2020-03-12 23:45:26

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供稿：網友

本文實例講述了PostgreSQL數據庫事務實現方法。分享給大家供大家參考，具體如下：

事務簡介

事務管理器：有限狀態機
- 日志管理器
  - CLOG：事務的執行結果
  - XLOG：undo/redo日志
- 鎖管理器：實現并發控制，讀階段采用MVCC，寫階段采用鎖控制實現不同的隔離級別

事務是所有數據庫系統的一個基本概念。一次事務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。其它并發的事務是看不到在這些步驟之間的中間狀態的，并且如果發生了一些問題，導致該事務無法完成，那么所有這些步驟都完全不會影響數據庫。PostgreSQL為每條事務創建一個postgre進程，并發執行事務。采用分層的機制執行事務，上層事務塊和底層事務。上層事務塊是用戶眼中的事務，用于控制事務執行的狀態；底層事務是事務中的每條語句，可以改變上層事務塊的狀態。

上層事務塊

每個postgre進程只有一個事務塊，上層事務塊記錄著本次事務執行過程中的各個狀態。

typedef enum TBlockState{  /* not-in-transaction-block states */  TBLOCK_DEFAULT,       /* idle */  TBLOCK_STARTED,       /* 執行簡單查詢事務 */  /* transaction block states */  TBLOCK_BEGIN,        /* 遇見事務開始BEGIN */  TBLOCK_INPROGRESS,     /* 事務正在執行中 */  TBLOCK_PARALLEL_INPROGRESS, /* live transaction inside parallel worker */  TBLOCK_END,         /* 遇見事務結束COMMIT/END的時候設置 */  TBLOCK_ABORT,        /* 事務出錯，等待ROLLBACK */  TBLOCK_ABORT_END,      /* 事務出錯，收到ROLLBACK */  TBLOCK_ABORT_PENDING,    /* 事務處理中，接收到ROLLBACK */  TBLOCK_PREPARE,       /* 事務處理中，收到PREPARE(分布式事務) */  /* 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;

常見的事務塊狀態轉換圖

PostgreSQL,數據庫,事務

startTransactionCommand：事務塊中每條語句執行前都會調用。
commitTransactionCommand：事務塊中每條語句執行結束都會調用
abortCurrentTransaction：事務塊中語句執行錯誤，在調用點調用
BeginTransactionBlock：遇見BEGIN命令調用，狀態變為TBLOCK_BEGIN
EndTransactionBlock：遇見END調用，可能成功提交，也可能回滾
AbortTransactionBlock：遇見ABORT指令調用

底層事務

底層事務是需要執行的每條命令，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：

StartTransaction：由BEGIN的startTransactionCommand調用，調用結束后事務塊狀態為TBLOCK_STARTED
CommitTransaction：由END的commitTransactionCommand調用，提交事務
AbortTransaction和CleanupTransaction：釋放資源，恢復默認狀態

分布式事務

PostgreSQL提供了分布式事務中的，兩階段提交的接口

并發控制

PostgreSQL采用MVCC的方式進行并發控制，每個事務看到的是一段時間前的數據快照。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。

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

鎖

PostgreSQL實現了8種鎖(可怕)

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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：

死鎖處理

PostgreSQL,數據庫,事務

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

關鍵詞：

基于事務ID
行級多版本
無回滾段，行內存儲
- 一次UPDATE，產生記錄兩個版本
- 兩個版本都存在頁面內部

typedef struct HeapTupleFields{  TransactionId t_xmin;    /* Insert，Update事務 */  TransactionId t_xmax;    /* Delete，Update，Row Locks事務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中的命令標識（從0開始累加）
ctid：相當于rowid ， <數據塊ID，偏移量>
XID:事務ID
Xid_snapshot:當前系統中未提交的事務
CLOG：事務狀態日志(已提交的日志)

隔離級別

RC：讀已提交
1. 兩個事務可以并發更新同一行
2. 一個事務更新，一個事務刪除同一行，刪除操作會上鎖
RR：讀未提交，其實是snapshot isolation，(沖突狀態會回滾)
可串行化：serialize snapshot isolation，比標準可串行化要高,通過加內存中的意向鎖實現，不允許預加鎖的數據被其他事務變更

數據可見性判斷

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

MVCC需要判斷該行數據在這個事務中的有效性，可見性，可更新性(需要鎖的幫助才能正確執行隔離級別)
判斷條件：若xmin等于當前事務ID，則包含所有xmax=0（未被刪除）的元組。
若與xmin相等的事務ID對應的事務已經被提交，則包含所有xmax=0或xmax為當前事務ID的元組。
實現概要
- 對讀不用加鎖，對寫加鎖(只阻塞寫)，事務結束對比是否沖突

多行數據需要過期版本回收