Kebuntuan, Penguncian dan MVCC

Tahap pengasingan ialah janji; penguncian dan MVCC ialah mekanisme yang menunaikannya. Penemuduga bertanya tentang perkara ini untuk melihat sama ada anda memahami perkara yang berlaku di sebalik tabir apabila transaksi bertembung.

Terdapat dua strategi utama:

• Pesimistik (penguncian): menyekat akses yang bercanggah sehingga kunci dilepaskan.
• Optimistik / MVCC: membenarkan semua pihak membaca syot kilat yang konsisten dan mengesan konflik semasa COMMIT.

Pelajaran ini merangkumi kunci, kebuntuan dan MVCC, serta kompromi antara pendekatan-pendekatan tersebut.

Penguncian klasik menggunakan dua mod utama:

• Kunci dikongsi (S) untuk bacaan. Banyak transaksi boleh memegang kunci dikongsi pada baris yang sama serentak.
• Kunci eksklusif (X) untuk penulisan. Hanya satu transaksi boleh memegangnya, dan kunci ini menyekat semua kunci lain pada baris tersebut.

Peraturannya: S serasi dengan S, tetapi X tidak serasi dengan apa-apa kunci. Transaksi penulis mesti menunggu semua pembaca, dan pembaca mesti menunggu penulis.

Anda boleh meminta kunci tulis pada baris yang hanya dibaca, untuk menghalang pihak lain mengubahnya sebelum anda bertindak. Ini ialah cara piawai untuk mengelakkan kemas kini yang hilang dalam kitaran baca-ubah-tulis.

SELECT ... FOR UPDATE mengambil kunci baris eksklusif; baris itu kekal berkunci sehingga anda melakukan COMMIT atau ROLLBACK.

Kebuntuan berlaku apabila dua atau lebih transaksi masing-masing memegang kunci yang diperlukan oleh pihak lain, lalu membentuk kitaran yang menyebabkan tiada satu pun dapat meneruskan.

Kes buku teks: T1 mengunci baris A kemudian mahukan baris B; T2 mengunci baris B kemudian mahukan baris A. Setiap satu menunggu pihak yang lain tanpa penghujung.

Pangkalan data mengesannya dengan graf menunggu. Apabila kitaran ditemui, enjin memilih mangsa dan membatalkan transaksi itu, lalu mengembalikan ralat kebuntuan supaya transaksi lain dapat meneruskan.

Perhatikan susunan kunci yang bersilang. T1 mengambil kunci pada baris 1 kemudian meminta kunci pada baris 2; T2 mengambil kunci pada baris 2 kemudian meminta kunci pada baris 1. Kedua-duanya tidak melepaskan kunci, jadi enjin membatalkan salah satu daripadanya.

Transaksi yang dibatalkan menerima ralat seperti deadlock detected dan mesti mencuba semula. Transaksi yang terselamat melakukan COMMIT seperti biasa.

Anda tidak boleh menghapuskan kebuntuan sepenuhnya, tetapi boleh menjadikannya jarang berlaku. Jawapan temu duga yang piawai:

• Susunan kunci yang konsisten: sentiasa dapatkan kunci baris dalam susunan yang sama (contohnya, id menaik). Ini memutuskan kitaran.
• Pastikan transaksi ringkas: pegang kunci sesingkat mungkin.
• Rendahkan pengasingan apabila selamat: lebih sedikit kunci, lebih sedikit konflik.
• Tambah logik cubaan semula: mangsa kebuntuan patut mencuba semula secara automatik.

Susunan yang konsisten ialah pembetulan paling berkesan dan perkara pertama yang ingin didengar oleh penemuduga.

Kunci boleh diambil pada skop yang berbeza, sebagai pertukaran antara keserentakan dan kos tambahan:

• Kunci peringkat baris membenarkan keserentakan tinggi tetapi lebih mahal untuk diurus.
• Kunci peringkat halaman atau jadual lebih murah untuk dijejaki tetapi menyekat lebih banyak transaksi.

Sesetengah enjin menaik taraf kunci baris kepada kunci jadual apabila transaksi menyentuh terlalu banyak baris (peningkatan tahap kunci). Memahami perkara ini menjelaskan mengapa UPDATE pukal yang besar boleh tiba-tiba menyekat semua pihak.

MVCC (Kawalan Keserentakan Berbilang Versi) ialah cara Postgres, Oracle dan InnoDB mengelakkan kebanyakan kunci baca. Daripada mengunci, pangkalan data menyimpan berbilang versi bagi setiap baris.

Manfaat utama, dan ungkapan kegemaran dalam temu duga: pembaca tidak menyekat penulis, dan penulis tidak menyekat pembaca.

Setiap transaksi melihat syot kilat yang konsisten pada suatu titik masa, manakala penulis mencipta versi baris baharu dan bukannya menulis ganti di tempat asal.

Apabila baris dikemas kini, MVCC menulis versi baharu dan mengekalkan versi lama. Setiap versi membawa maklumat ID transaksi (dalam Postgres, xmin dan xmax) yang menandakan masa versi itu menjadi kelihatan dan masa ia digantikan.

Syot kilat transaksi menentukan versi yang dilihatnya. Versi lama yang tidak lagi boleh dilihat oleh mana-mana transaksi menjadi tupel mati, lalu dikumpulkan semula kemudian oleh proses pembersihan. Dalam Postgres, proses itu ialah VACUUM; tidak menjalankannya menyebabkan pembengkakan jadual, iaitu soalan susulan yang biasa ditanya.

Ringkaskan perbandingan ini dengan jelas:

• Penguncian tulen: ketepatan mudah dicapai, tetapi pembaca dan penulis saling menyekat, lalu menjejaskan keserentakan.
• MVCC: keserentakan bacaan yang sangat baik dan tiada kunci baca, tetapi menanggung kos penyimpanan versi dan pembersihan (VACUUM, pembengkakan), serta masih memerlukan kunci untuk konflik penulisan sesama penulisan.

Enjin MVCC pun menggunakan kunci semasa penulisan: dua transaksi yang mengemas kini baris yang sama mesti dilaksanakan secara bersiri. MVCC menghapuskan persaingan pembaca-penulis, bukan persaingan penulis-penulis.

Selain MVCC pada peringkat enjin, aplikasi sering menambah penguncian optimistik untuk kitaran baca-ubah-tulis sepanjang sesi pengguna yang panjang. Anda menambah lajur version, membacanya, dan semasa mengemas kini, mewajibkan versi itu sepadan lalu menaikkannya.

Jika transaksi lain mengemas kini baris itu terlebih dahulu, versi tersebut tidak lagi sepadan, sifar baris terjejas, dan kod anda tahu bahawa data perlu dimuatkan semula serta dicuba lagi. Tiada kunci dipegang semasa pengguna berfikir, jadi keserentakan kekal tinggi. Penemuduga menyukai pendekatan ini untuk soalan "bagaimanakah anda mengendalikan dua pengguna yang menyunting rekod yang sama?".

Kini anda boleh menerangkan mekanisme di sebalik pengasingan:

• Kunci dikongsi/eksklusif menyelaraskan akses; SELECT FOR UPDATE mengambil kunci tulis eksplisit.
• Kebuntuan ialah kitaran kunci; enjin membatalkan mangsa, dan susunan kunci yang konsisten mencegah kebanyakannya.
• MVCC mengekalkan versi baris supaya pembaca dan penulis tidak saling menyekat, dengan kos pembersihan (VACUUM, pembengkakan).

Gabungkan mekanisme ini dengan tahap pengasingan dan anomali daripada pelajaran terdahulu, maka anda boleh menjawab temu duga keserentakan sepenuhnya dari awal hingga akhir.