本篇內(nèi)容主要講解“PostgreSQL事務(wù)處理機(jī)制原理”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“PostgreSQL事務(wù)處理機(jī)制原理”吧!

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背景說明：

以ACID為特征的事務(wù)是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的一項(xiàng)重要的也是基本的功能。了解事務(wù)的實(shí)現(xiàn)原理不僅對數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品本身的開發(fā)，對使用數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序的開發(fā)也有一定的益處。因此本次以PostgreSQL為對象簡單介紹了其事務(wù)實(shí)現(xiàn)的原理。

內(nèi)容概述：

事務(wù)的實(shí)現(xiàn)原理可以解讀為DBMS采取何種技術(shù)確保事務(wù)的ACID特性。PostgreSQL針對ACID的實(shí)現(xiàn)技術(shù)如下表所示。

表1:事務(wù)的4個(gè)特征ACID及響應(yīng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

ACID	實(shí)現(xiàn)技術(shù)
原子性	MVCC
一致性	約束（主鍵，外鍵等）
隔離性	MVCC
持久性	WAL

 
可以看到PostgreSQL中支撐ACID的主要是MVCC和WAL兩項(xiàng)技術(shù)。MVCC和WAL是兩個(gè)比較成熟的技術(shù)，通常的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中都有相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)，但每個(gè)數(shù)據(jù)庫具體的實(shí)現(xiàn)方式又存在很大差異。下面介紹一下PostgreSQL中MVCC和WAL的基本實(shí)現(xiàn)原理。

1.  MVCC

MVCC(Multiversion Concurrency Control)即多版本并發(fā)控制，它可以避免讀寫事務(wù)之間的互相阻塞，相比通常的封鎖技術(shù)可極大的提高業(yè)務(wù)的并發(fā)性能。PostgreSQL中的MVCC實(shí)現(xiàn)原理可簡單概括如下：

1）數(shù)據(jù)文件中存放同一邏輯行的多個(gè)行版本（稱為Tuple）

2）每個(gè)行版本的頭部記錄創(chuàng)建以及刪除該行版本的事務(wù)的ID（分別稱為xmin和xmax）

3）每個(gè)事務(wù)的狀態(tài)（運(yùn)行中，中止或提交）記錄在pg_clog文件中

4）根據(jù)上面的數(shù)據(jù)并運(yùn)用一定的規(guī)則每個(gè)事務(wù)只會看到一個(gè)特定的行版本

通過MVCC讀寫事務(wù)可以分別在不同的行版本上工作，因此能夠在互不沖突的情況下并發(fā)執(zhí)行。

圖1:基于MVCC的數(shù)據(jù)更新舉例

2.  WAL

當(dāng)系統(tǒng)意外宕機(jī)后，恢復(fù)時(shí)需要回退未完成事務(wù)所做的更改并確保已提交事務(wù)所作的更改均已生效。在PostgreSQL中通過前面提到的MVCC很容易做到的第一點(diǎn)，只要把所有pg_clog文件中記錄的所有“運(yùn)行中”的事務(wù)的狀態(tài)置為“中止”即可，這些事務(wù)在宕機(jī)時(shí)都沒有結(jié)束。對于第二點(diǎn)，必須確保事務(wù)提交時(shí)修改已真正寫入到永久存儲中。但是直接刷新事務(wù)修改后的數(shù)據(jù)到磁盤是很費(fèi)時(shí)的，為解決這個(gè)問題于是引入了WAL(Write-Ahead Log)。

WAL的基本原理如下：

1）更新數(shù)據(jù)頁前先將更新內(nèi)容記入WAL日志

2）異步刷新數(shù)據(jù)Buffer的臟頁和WAL Buffer到磁盤

3）Buffer管理器確保絕不會先于對應(yīng)的WAL記錄刷新臟數(shù)據(jù)到磁盤

4）事務(wù)提交時(shí)，將WAL日志同步刷新到磁盤

5）Checkpoint發(fā)生時(shí)，將數(shù)據(jù)Buffer的所有臟頁刷新到磁盤

圖2:數(shù)據(jù)更新時(shí)的Buffer修改

圖3:更新提交和Checkpoint時(shí)的磁盤同步

Q&A：

1、Q:PostgreSQL中DDL支不支持事務(wù)？

A:支持。PostgreSQL中對DDL的處理方式和普通的DML類似，也是支持事務(wù)的。

2、 Q:PostgreSQL中對BLOB數(shù)據(jù)的處理支不支持事務(wù)？

A:支持。對BLOB(bytea或large object)數(shù)據(jù)的事務(wù)處理和普通數(shù)據(jù)的差別不大，但由于BLOB數(shù)據(jù)較大涉及BLOB的事務(wù)會產(chǎn)生很大的WAL日志文件。

3、Q:PostgreSQL中很大的數(shù)據(jù)，比如BLOB如何在數(shù)據(jù)頁面中存儲？

A:默認(rèn)數(shù)據(jù)頁面的大小是8K，當(dāng)有很大數(shù)據(jù)時(shí)可能導(dǎo)致一個(gè)頁面放不下整個(gè)數(shù)據(jù)行。針對這種情況，PostgreSQL采取一種叫做TOAST的技術(shù)，對于比較大的列只在行中放一個(gè)類似指針的東西，完整的數(shù)據(jù)放在另一個(gè)單獨(dú)的TOAST表中。在TOAST表中數(shù)據(jù)被切割成若干個(gè)chunk,每個(gè)chunck以一個(gè)數(shù)據(jù)行的形式存放。

4、Q:PostgreSQL中可重復(fù)讀和可串行化隔離級別都不會出現(xiàn)幻讀那它們的區(qū)別是什么？

A: 根據(jù)SQL規(guī)約，能夠回避幻讀就已經(jīng)滿足了“可串行化”隔離級別的要求。但是SQL規(guī)約定義的“可串行化”并不是嚴(yán)格意義上的可串行化，僅僅能回避幻讀不等于可以把并發(fā)執(zhí)行的幾個(gè)事務(wù)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)事務(wù)嚴(yán)格按某個(gè)順序先后執(zhí)行 。PostgreSQL中的可重復(fù)讀可以回避幻讀但不是嚴(yán)格意義上的可串行化，但是可串行化就是。順便說一下，Oracle中的可串行化也不是嚴(yán)格意義上的可串行化，實(shí)際上它等價(jià)于PostgreSQL中的可重復(fù)讀。

5、Q:PostgreSQL中事務(wù)ID分配完了怎么辦？

A:從頭開始重新分配（實(shí)際上從3開始重新分配，0,1,2已做為特殊用途，這稱之為事務(wù)回卷）。但這樣可能形成事務(wù)ID沖突的問題，PostgreSQL中解決這個(gè)問題的措施有兩個(gè)。第一，定期清理留在數(shù)據(jù)文件中的過老的事務(wù)ID，將它們統(tǒng)一設(shè)置為一個(gè)特殊值（2），在做事務(wù)新舊比較時(shí)，這個(gè)特殊的事務(wù)ID永遠(yuǎn)比其他普通的事務(wù)ID舊。這就保證了系統(tǒng)中事務(wù)ID的范圍跨度不會過大。第二，在做事務(wù)新舊比較時(shí)不是簡單的比較兩個(gè)事務(wù)ID的算數(shù)值大小，而且考慮到了特殊事務(wù)ID和事務(wù)回卷的情況。比如根據(jù)內(nèi)部的比較規(guī)則，無符號INT類型的事務(wù)ID 0x00000005比0xFFFFFFFF新。因?yàn)榈谝粋€(gè)措施已經(jīng)保證了系統(tǒng)中事務(wù)ID間的跨度不會過大(不超過2^31)，所以0x00000005一定是事務(wù)ID回卷后的結(jié)果而0xFFFFFFFF還沒有發(fā)生回卷(或者說比0x00000005少回卷一次)。

到此，相信大家對“PostgreSQL事務(wù)處理機(jī)制原理”有了更深的了解，不妨來實(shí)際操作一番吧！這里是創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！

名稱欄目：PostgreSQL事務(wù)處理機(jī)制原理-創(chuàng)新互聯(lián)
路徑分享：http://jinyejixie.com/article40/cshseo.html

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