PostgreSQL数据库事务实现方法分析
作者：bitError
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
- 日志管理器
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。
锁
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
- 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
- RC：读已提交
- 两个事务可以并发更新同一行
- 一个事务更新，一个事务删除同一行，删除操作会上锁
- RR：读未提交，其实是snapshot isolation，(冲突状态会回滚)
- 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
- 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！！)
- 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)
- 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
- 页面级：页面访问时回收
- 表级/系统级： autovacuum； vacuum
日志
- pg_log:数据库活动日志（也就是数据库的操作日志）；
- pg_xlog:事务日志，记录事务的执行过程，redo日志
- 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。