PostgreSQL7.0手冊-用戶手冊-13. 多版本并行控制
2019-09-08 23:33:09
供稿：網(wǎng)友
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第十三章. 多版本并行控制
內(nèi)容
介紹
事務(wù)隔離
讀已提交隔離級別
可串行化隔離級別
鎖和表
鎖和索引
應(yīng)用層的數(shù)據(jù)完整性檢查
多版本并行控制（Multi-Version Concurrency Control （MVCC））是用于提高數(shù)據(jù)庫在一個多用戶環(huán)境下性能的高級技術(shù)。Vadim Mikheev 為 Postgres 提供了MVCC的實現(xiàn)。
介紹
與其他使用鎖來進(jìn)行并行控制的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不同，Postgres 利用多版本模型來維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性。這就意味著當(dāng)檢索數(shù)據(jù)庫時，每個事務(wù)都看到一個數(shù)據(jù)的一段時間前的快照（一個 數(shù)據(jù)庫版本），而不管正在處理的數(shù)據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)。這樣，如果對每個數(shù)據(jù)庫會話進(jìn)行 事務(wù)隔離，就可以避免一個事務(wù)看到因為其它并行的事務(wù)更新同一行數(shù)據(jù)而導(dǎo)致的不連貫的數(shù)據(jù)。
多版本和鎖定模型的主要區(qū)別是在 MVCC 里，對檢索（讀）數(shù)據(jù)的鎖要求與寫數(shù)據(jù)的鎖要求不沖突，所以讀不會阻塞寫，而寫也從不阻塞讀。
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事務(wù)隔離
ANSI/ISOSQL 用三個必須在并行的事務(wù)之間避免的現(xiàn)象定義了四個級別的事務(wù)隔離。這些不希望發(fā)生的現(xiàn)象是：
讀污染（dirty reads）
一個事務(wù)讀取了被另一個未提交的并行的事務(wù)寫的數(shù)據(jù)。
不可重復(fù)的讀（non-repeatable reads）
一個事務(wù)重新讀取前面讀取過的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)已經(jīng)被另一個已提交的事務(wù)修改過。
錯誤讀取（phantom read）
一個事務(wù)重新執(zhí)行一個查詢，返回一套符合查詢條件的行，發(fā)現(xiàn)這些行中插入了被其他已提交的事務(wù)提交的行。
這四種隔離級別和對應(yīng)的特性在下面描述。
表 13-1. Postgres 隔離級別
讀污染（Dirty Read） 不可重復(fù)的讀（Non-Repeatable Read） 錯誤讀取（Phantom Read）
讀未提交（Read uncommitted） 可能 可能 可能
讀已提交（Read committed） 不可能 可能 可能
可重復(fù)讀（Repeatable read） 不可能 不可能 可能
可串行化（Serializable ） 不可能 不可能 不可能
Postgres 提供讀已提交（read committed）和可串行化（serializable）隔離級別。
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讀已提交隔離級別
讀已提交（Read Committed）是Postgres 里的缺省隔離級別。當(dāng)一個事務(wù)運(yùn)行在這個隔離級別時，一個查詢只能看到查詢開始之前的數(shù)據(jù)而永遠(yuǎn)無法看到臟數(shù)據(jù)或者是在查詢執(zhí)行時其他并行的事務(wù)提交做的改變。
如果一個正在執(zhí)行一個 UPDATE 語句（或者 DELETE 或者 SELECT FOR UPDATE）的查詢返回的行正在被另一個并行的未提交的事務(wù)更新，那么第二個試圖更新此行的事務(wù)將等待另一個事務(wù)的提交或者回卷。如果發(fā)生了回卷，等待中的事務(wù)可以繼續(xù)修改此行。如果發(fā)生了提交（并且此行仍然存在；也就是說，沒有被另一個事務(wù)刪除），這個查詢將對該行再執(zhí)行一便以檢查新行版本是否滿足查詢搜索條件。如果新行版本滿足查詢搜索條件，那么該行將被更新（或刪除或被標(biāo)記為更新）。
注意 SELECT 或 INSERT 語句執(zhí)行的結(jié)果（在一個查詢里）將不會被并行事務(wù)影響。
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可串行化隔離級別
可串行化（Serializable）提供最高級別的事務(wù)隔離。當(dāng)一個事務(wù)處于可串行化級別，一個查詢只能看到在事務(wù)開始之前提交的數(shù)據(jù)而永遠(yuǎn)看不到臟數(shù)據(jù)或事務(wù)執(zhí)行中其他并行事務(wù)提交的修改。所以，這個級別模擬串行事務(wù)執(zhí)行，就好象事務(wù)將被一個接著一個那樣串行的，而不是并行的執(zhí)行。
如果一個正在執(zhí)行一個 UPDATE 語句（或者 DELETE 或者 SELECT FOR UPDATE）的查詢返回的行正在被另一個并行的未提交的事務(wù)更新，那么第二個試圖更新此行的事務(wù)將等待另一個事務(wù)的提交或者回卷。如果發(fā)生了回卷，等待中的事務(wù)可以繼續(xù)修改此行。如果發(fā)生一個并行的事務(wù)的提交，一個可串行化的事務(wù)將回卷，并返回下面信息。
ERROR: Can't serialize access due to concurrent update
因為一個可串行化的事務(wù)在可串行化事務(wù)開始之后不能更改被其他事務(wù)更改過的行。
注意: SELECT 或 INSERT 語句執(zhí)行的結(jié)果（在一個查詢里）將不會被并行事務(wù)影響。
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鎖和表
Postgres 提供多種鎖模式來控制對表中數(shù)據(jù)的并行訪問。有些鎖模式是在語句執(zhí)行之前由Postgres 自動施加的，而其他的提供用來由應(yīng)用使用的。一個事務(wù)里要求的所有鎖模式（除了 AccessShareLock）都是在整個事務(wù)期間保有的。
除了鎖以外，短期的共享/排他銷也在共享的緩沖池中用于控制對表頁面的讀/寫訪問。銷在一條記錄抓取或者更新后馬上被釋放。
表級鎖
AccessShareLock
一個內(nèi)部鎖模式，進(jìn)行查詢時自動施加在被查詢的表上。語句執(zhí)行完成后，Postgres 釋放這些鎖。
只與 AccessExclusiveLock 沖突。
RowShareLock
被 SELECT FOR UPDATE 和用于 IN ROW SHARE MODE 的 LOCK TABLE 語句要求。
與 ExclusiveLock 和 AccessExclusiveLock 模式?jīng)_突。
RowExclusiveLock
被 UPDATE, DELETE, INSERT 和用于IN ROW EXCLUSIVE MODE 的 LOCK TABLE 語句要求。
與 ShareLock，ShareRowExclusiveLock，ExclusiveLock 和 AccessExclusiveLock 模式?jīng)_突。
ShareLock
被 CREATE INDEX 和用于IN SHARE MODE 的 LOCK TABLE 語句所要求。
與 RowExclusiveLock，ShareRowExclusiveLock，ExclusiveLock 和 AccessExclusiveLock 模式?jīng)_突。
ShareRowExclusiveLock
被用于 IN SHARE ROW EXCLUSIVE MODE 的 LOCK TABLE 語句要求。
與 RowExclusiveLock，ShareLock，ShareRowExclusiveLock，ExclusiveLock 和 AccessExclusiveLock 模式?jīng)_突。
ExclusiveLock
被用于 IN EXCLUSIVE MODE 的 LOCK TABLE 語句要求。
與 RowShareLock，RowExclusiveLock，ShareLock，ShareRowExclusiveLock，ExclusiveLock 和 AccessExclusiveLock 模式?jīng)_突。
AccessExclusiveLock
被 ALTER TABLE，DROP TABLE，VACUUM 和 LOCK TABLE 語句要求。
與 RowShareLock，RowExclusiveLock，ShareLock，ShareRowExclusiveLock，ExclusiveLock 和 AccessExclusiveLock 模式?jīng)_突。
注意： 只有 AccessExclusiveLock 阻塞 SELECT （沒有 FOR UPDATE）語句。
行級鎖
當(dāng)某行的一個內(nèi)部字段被更新（或刪除或標(biāo)記為更新）時要求使用這些鎖。Postgres 在內(nèi)存里不做關(guān)于已更新的行的任何記憶，因而對鎖定的行數(shù)沒有任何限制，也沒有鎖定遞增。
但是，要注意 SELECT FOR UPDATE 會更改所選定的行以標(biāo)記它們，因而會導(dǎo)致磁盤寫動作。
行級別的鎖不影響數(shù)據(jù)查詢。它們只是用于阻塞對同一行的寫。
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鎖和索引
盡管 Postgres 提供對表數(shù)據(jù)訪問的非阻塞的讀/寫，但并非所有Postgres 里實現(xiàn)的索引訪問模式都能夠進(jìn)行非阻塞讀/寫。
各種各樣的索引類型按照下面方法操作：
GiST 和 R-Tree 索引
共享/排他的索引級鎖用于讀/寫訪問。鎖在語句完成后釋放。
Hash （散列）索引
共享/排他的頁面級鎖用于讀/寫訪問。鎖在頁面處理完成后釋放。
頁面級鎖比索引級的鎖提供了更好的并行性但是容易產(chǎn)生死鎖。
Btree
短期的共享/排他的頁面級的銷用于讀/寫訪問。銷在索引記錄被插入/抓取后立即釋放。
Btree 索引提供了無死鎖條件的最高級的并行性。
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應(yīng)用層的數(shù)據(jù)完整性檢查
因為對 Postgres 的讀動作不會鎖定數(shù)據(jù)，不管事務(wù)是何隔離級別，一個事務(wù)讀取的數(shù)據(jù)可能被另一個事務(wù)覆蓋。換句話說，如果一條 SELECT 返回了一行，這并不意味著在返回該行時該行還存在（比如說在語句完成或事務(wù)開始后的某時）也不意味著在當(dāng)前事務(wù)做提交或者回卷前該行被保護(hù)不被并行的事務(wù)刪除或更新。
要保證一行的實際存在和避免其被并行更新，我們必須使用 SELECT FOR UPDATE 或者合適的 LOCK TABLE 語句。當(dāng)從其他環(huán)境向 Postgres 里用可串行化模式移植應(yīng)用時一定要把這些問題考慮進(jìn)去。
注意： 在版本 6.5 前，Postgres 使用讀動作鎖，因而當(dāng)從以前的 Postgres 版本向6.5（或更高版本）升級時也要考慮這些問題。
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