事务与MVCC：揭开并发数据库的奥秘

见解分享

2023-11-07 07:54:30

并发数据库：事务与多版本并发控制的深入解析

在现代数据处理领域，并发数据库系统必不可少。它们允许多个用户同时访问和操作共享数据，而不会出现数据损坏或不一致的情况。实现这一目标的关键在于两个核心概念：事务和多版本并发控制 (MVCC)。

事务：数据一致性和完整性的基石

事务是一个原子操作序列，要么全部执行成功，要么全部回滚失败。它们本质上是不可分割的，确保即使在并发环境下，数据库也能保持其完整性。

事务的四大属性，称为 ACID，对数据一致性至关重要：

原子性 (Atomicity)： 事务中的所有操作被视为一个不可分割的单元。
一致性 (Consistency)： 事务将数据库从一种有效状态转换到另一种有效状态。
隔离性 (Isolation)： 并发事务彼此独立执行，互不影响。
持久性 (Durability)： 一旦提交，事务的结果将永久保存在数据库中。

MVCC：并发一致性的实现

MVCC 是一种并发控制机制，允许多个事务同时访问相同的数据，而不会发生冲突。它的工作原理是维护每个数据的多个版本，每个版本都有一个时间戳。

当一个事务读取数据时，它将看到数据在事务开始时的版本。这确保了隔离性，因为并发事务不会看到彼此正在进行的修改。当一个事务更新数据时，它将创建一个新版本，带有当前时间戳。只有当事务提交时，新版本才会对其他事务可见。

MVCC 通过消除对锁定的需要来提高并发性。在传统的数据库系统中，事务需要获取锁来防止其他事务修改正在访问的数据。MVCC 通过版本管理消除了这种需要，允许多个事务同时读取同一数据。

事务与 MVCC 在实践中的应用

事务和 MVCC 广泛应用于各种数据库系统，从关系型数据库管理系统 (RDBMS) 到 NoSQL 数据库。它们对于保证并发应用程序中数据的准确性和可靠性至关重要。

OLTP 系统： 事务用于确保金融交易的原子性和一致性。
数据仓库： MVCC 使并发查询能够在不锁定数据的情况下读取快照，从而提高查询性能。

代码示例

Python 事务示例

import mysql.connector

connection = mysql.connector.connect(host="localhost", user="root", password="", database="mydb")
cursor = connection.cursor()

# 开始事务
cursor.execute("START TRANSACTION")

try:
    # 执行操作
    cursor.execute("INSERT INTO customers (name, address) VALUES (%s, %s)", ("John Smith", "123 Main Street"))

    # 提交事务
    connection.commit()

except:
    # 回滚事务
    connection.rollback()

finally:
    cursor.close()
    connection.close()

MVCC 示例

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.Statement;
import java.sql.Timestamp;

public class MVCCExample {

    public static void main(String[] args) throws SQLException {
        Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:postgresql://localhost:5432/mydb", "postgres", "password");
        Statement statement = connection.createStatement();

        // 创建版本表
        statement.executeUpdate("CREATE TABLE versions (id INT PRIMARY KEY, name VARCHAR(255), updated_at TIMESTAMP)");

        // 插入一些数据
        statement.executeUpdate("INSERT INTO versions (id, name) VALUES (1, 'John Smith')");

        // 开始事务 1
        statement.execute("BEGIN TRANSACTION");

        // 更新数据
        statement.executeUpdate("UPDATE versions SET name = 'John Doe' WHERE id = 1");

        // 开始事务 2
        Connection connection2 = DriverManager.getConnection("jdbc:postgresql://localhost:5432/mydb", "postgres", "password");
        Statement statement2 = connection2.createStatement();

        // 读取数据
        ResultSet resultSet = statement2.executeQuery("SELECT name FROM versions WHERE id = 1");
        while (resultSet.next()) {
            System.out.println(resultSet.getString("name"));
        }

        // 提交事务 1
        statement.execute("COMMIT");

        // 读取数据
        resultSet = statement2.executeQuery("SELECT name FROM versions WHERE id = 1");
        while (resultSet.next()) {
            System.out.println(resultSet.getString("name"));
        }

        statement.close();
        connection.close();
        statement2.close();
        connection2.close();
    }
}