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浅谈数据库事务隔离发展历史

发布时间:2018-09-09 17:15:29 所属栏目:编程 来源:用户1914612733
导读:9月15日技术沙龙 | 与东华软件、AWS、京东金融、饿了么四位大咖探讨精准运维! 事务隔离是数据库系统设计中根本的组成部分,本文主要从标准层面来讨论隔离级别的发展历史,首先明确隔离级别划分的目标;之后概述其否定之否定的发展历程;进而引出 Adya给出

这里的有向边包括三种情况:

  • 写写冲突ww(Directly Write-Depends):表示两个事务先后修改同一个数据库Object(w1[x]…w2[x]...); 先写后读冲突wr(Directly Read-Depends):一个事务修改某个数据库Object后,另一个对该Object进行读操作(w1[x]…r2[x]...); 先读后写冲突rw(Directly Anti-Depends):一个事务读取某个Object或者某个Range后,另一个事务进行了修改(r1[x]…w2[x]… or r1[P]…w2[y in P]);
  • 基于序列化图的异象定义:
  • 根据有向图的定义,我们可以将事务对不同Object的依赖关系表示到一张同一张图中,而所谓异象就是在图中找不到一个正确的序列化顺序,即存在某种环。而这种基于环的定义其实就是将基于Lock定义的异象最小化到图中灰色部分:
  • 1,P0(Dirty Write) 最小化为 G0(Write Cycles):序列化图中包含两条边都为ww冲突组成的环,如H0:

H0: w1[x] w2[x] w2[y] c2 w1[y] c1

  • 可以看出T1在x上与T2写写冲突,T2又在y上与T1写写冲突,形成了如下图所示的环。
浅谈数据库事务隔离发展历史
  • 2,P1(Dirty Read) 最小化为 G1:Dirty Read异象的最小集包括三个部分G1a(Aborted Reads),读到的uncommitted数据最终被abort;G1b(Intermediate Reads) :读到其他事务中间版本的数据;以及G1c(Circular Information Flow):DSG中包含ww冲突和wr冲突形成的环。
  • 3,P2(Fuzzy or Non-Repeatable Read) 最小化为 G2-item(Item Anti-dependency Cycles) :DSG中包含环,且其中至少有一条关于某个object的rw冲突
  • 4,P3(Phantom) 最小化为 G2(Anti-dependency Cycles): DSG中包含环,并且其中至少有一条是rw冲突,仍然以上面的H3为例:

H3:r1[P] w2[insert y to P] r2[z] w2[z] c2 r1[z] c1

  • T1在谓词P上与T2 rw冲突,反过来T2又在z上与T1wr冲突,如下图所示:
浅谈数据库事务隔离发展历史
  • 对应的隔离级别:
  • 通过上面的讨论可以看出,通过环的方式我们成功最小化了异象的限制范围,那么排除这些异象就得到了更宽松的,通用的隔离级别定义:

PL-1(Read Uncommitted):阻止G0PL-2(Read Commited):阻止G1PL-2.99(Repeatable Read):阻止G1,G2-itemPL-3(Serializable):阻止G1,G2其他隔离级别:

  • 除了上述的隔离级别外,在正确性的频谱中还有着大量空白,也就存在着各种其他隔离级别的空间,商业数据库的实现中有两个比较常见:
  • 1,Cursor Stability
  • 该隔离界别介于Read Committed和Repeatable Read之间,通过对游标加锁而不是对object加读锁的方式避免了Lost Write异象。
  • 2, Snapshot Ioslation
  • 事务开始的时候拿一个Start-Timestamp的snapshot,所有的操作都在这个snapshot上做,当commit的时候拿Commit-Timestamp,检查所有有冲突的值不能再[Start- Timestamp, Commit-Timestamp]被提交,否则abort。长久以来,Snapshot Ioslation一直被认为是Serializable,但其实Snapshot Ioslation下还会出现Write Skew的异象。之后的文章会详细介绍如何从Snapshot Ioslation出发获得Serializable。

总结

  • 对于事务隔离级别的标准,数据库的前辈们进行了长久的探索:

ANSI isolation levels定义了异象标准,并根据所排除的异象,定义了,Read Uncommitted、Read Committed、Repeatable Read、Serializable四个隔离级别; A Critique of ANSI SQL Isolation Levels认为ANSI的定义并没将有多object约束的异象排除在外,并选择用更严格的基于Lock的定义扩大了每个级别限制的范围; Weak Consistency: A Generalized Theory and Optimistic Implementations for Distributed Transactions认为基于Lock的定义过多的扩大了限制的范围,导致正常情况被排除在外,从而限制了Optimize类型并行控制的使用;指出解决该问题的关键是要有模型能准确地描述这种多Object约束;并给出了基于序列化图的定义方式,将每个级别限制的范围最小化。参考

  • A History of Transaction Histories
  • ANSI isolation levels
  • A Critique of ANSI SQL Isolation Levels
  • Weak Consistency: A Generalized Theory and Optimistic Implementations for Distributed Transactions
  • Generalized Isolation Level Definitions

浅谈数据库事务隔离发展历史

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(编辑:核心网)

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