PostgreSQL数据库事务实现方法分析

    本文实例讲述了PostgreSQL数据库事务实现方法。分享给大家供大家参考,具体如下:

    事务简介

    • 事务管理器:有限状态机
      • 日志管理器
        • CLOG:事务的执行结果
        • XLOG:undo/redo日志
      • 锁管理器:实现并发控制,读阶段采用MVCC,写阶段采用锁控制实现不同的隔离级别

    事务是所有数据库系统的一个基本概念。 一次事务的要点就是它把多个步骤捆绑成了一个单一的,不成功则成仁的操作。 其它并发的事务是看不到在这些步骤之间的中间状态的,并且如果发生了一些问题, 导致该事务无法完成,那么所有这些步骤都完全不会影响数据库。PostgreSQL为每条事务创建一个postgre进程,并发执行事务。采用分层的机制执行事务,上层事务块和底层事务。上层事务块是用户眼中的事务,用于控制事务执行的状态;底层事务是事务中的每条语句,可以改变上层事务块的状态。

    上层事务块

    每个postgre进程只有一个事务块,上层事务块记录着本次事务执行过程中的各个状态。

    
    typedef enum TBlockState
    {
      /* not-in-transaction-block states */
      TBLOCK_DEFAULT,       /* idle */
      TBLOCK_STARTED,       /* 执行简单查询事务 */
      /* transaction block states */
      TBLOCK_BEGIN,        /* 遇见事务开始BEGIN */
      TBLOCK_INPROGRESS,     /* 事务正在执行中 */
      TBLOCK_PARALLEL_INPROGRESS, /* live transaction inside parallel worker */
      TBLOCK_END,         /* 遇见事务结束COMMIT/END的时候设置 */
      TBLOCK_ABORT,        /* 事务出错,等待ROLLBACK */
      TBLOCK_ABORT_END,      /* 事务出错,收到ROLLBACK */
      TBLOCK_ABORT_PENDING,    /* 事务处理中,接收到ROLLBACK */
      TBLOCK_PREPARE,       /* 事务处理中,收到PREPARE(分布式事务) */
      /* 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;
    
    

    常见的事务块状态转换图

     

    • startTransactionCommand:事务块中每条语句执行前都会调用。
    • commitTransactionCommand:事务块中每条语句执行结束都会调用
    • abortCurrentTransaction:事务块中语句执行错误,在调用点调用
    • BeginTransactionBlock:遇见BEGIN命令调用,状态变为TBLOCK_BEGIN
    • EndTransactionBlock:遇见END调用,可能成功提交,也可能回滚
    • AbortTransactionBlock:遇见ABORT指令调用

    底层事务

    底层事务是需要执行的每条命令,负责处理资源和锁的获取和释放,信号的处理,日志记录等等

    
    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;
    
    

    主要有四个函数:

    • StartTransaction:由BEGIN的startTransactionCommand调用,调用结束后事务块状态为TBLOCK_STARTED
    • CommitTransaction:由END的commitTransactionCommand调用,提交事务
    • AbortTransaction和CleanupTransaction:释放资源,恢复默认状态

    分布式事务

    PostgreSQL提供了分布式事务中的,两阶段提交的接口

    并发控制

    PostgreSQL采用MVCC的方式进行并发控制,每个事务看到的是一段时间前的数据快照。同时,MVCC并不能够解决所有问题,所以也提供了行级和表级的锁。

    标准的事务隔离级别有4个,而PostgreSQL只实现了读已提交和可串行化。

    PostgreSQL实现了8种锁(可怕)

     

    太多了,就记住几个吧。

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

    加锁的对象

      • 表锁
      • 会话锁
      • 扩展锁:新增表空间
    • 页:对索引页面
    • 元组:
    • 事务:

    死锁处理

     

    • postgresql检测出最后一个等待的杀掉,oracle是第一个等待的杀掉
    • 死锁检测算法(等待图)

    MVCC

    关键词:

    • 基于事务ID
    • 行级多版本
    • 无回滚段,行内存储
      • 一次UPDATE,产生记录两个版本
      • 两个版本都存在页面内部
    
    typedef struct HeapTupleFields
    {
      TransactionId t_xmin;    /* Insert,Update事务 */
      TransactionId t_xmax;    /* Delete,Update,Row Locks事务ID */
      union
      {
        CommandId  t_cid;   /* 操作ID */
        TransactionId t_xvac;  /* old-style VACUUM FULL xact ID */
      }      t_field3;
    } HeapTupleFields;
    
    

    cmin:插入该元组的命令在插入事务中的命令标识(从0开始累加)
    cmax:删除该元组的命令在插入事务中的命令标识(从0开始累加)
    ctid:相当于rowid , <数据块ID,偏移量>
    XID:事务ID
    Xid_snapshot:当前系统中未提交的事务
    CLOG:事务状态日志(已提交的日志)

    隔离级别

    1. RC:读已提交
      1. 两个事务可以并发更新同一行
      2. 一个事务更新,一个事务删除同一行,删除操作会上锁
    2. RR:读未提交,其实是snapshot isolation,(冲突状态会回滚)
    3. 可串行化:serialize snapshot isolation,比标准可串行化要高,通过加内存中的意向锁实现,不允许预加锁的数据被其他事务变更

    数据可见性判断

    1. 记录的头部XID信息比当前事务更早(rr和ssi有这个要求,read commited没有这个要求,读已经提交可以读未来的事务!!)
    2. 记录头部的XID信息不在当前的XID_snapshot中,(记录上的事务状态不是未提交的事务)
    3. 记录头部的XID信息在CLOG中代表已提交。
    • MVCC需要判断该行数据在这个事务中的有效性,可见性,可更新性(需要锁的帮助才能正确执行隔离级别)
    • 判断条件:若xmin等于当前事务ID,则包含所有xmax=0(未被删除)的元组。
      若与xmin相等的事务ID对应的事务已经被提交,则包含所有xmax=0或xmax为当前事务ID的元组。
    • 实现概要
      • 对读不用加锁,对写加锁(只阻塞写),事务结束对比是否冲突

    多行数据需要过期版本回收

    1. 页面级:页面访问时回收
    2. 表级/系统级: autovacuum; vacuum

    日志

    1. pg_log:数据库活动日志(也就是数据库的操作日志);
    2. pg_xlog:事务日志,记录事务的执行过程,redo日志
    3. pg_clog:事务状态日志(pg_clog是pg_xlog的辅助日志),记录事务的结果。

    希望本文所述对大家PostgreSQL数据库程序设计有所帮助。