数据库事务写偏斜write-skew

我会带着你远行 2022-09-05 12:49 123阅读 0赞

快照隔离被称为事务隔离级别，它在性能和正确性之间提供了很好的组合，但是此处“正确性”的确切含义通常含糊不清。

在这篇文章中，我想分解并准确记录何时发生“写偏斜”事件。

# **事务快速入门** #

数据库中的执行单位是事务。

事务是工作的集合，这些工作要么全部完成，要么根本不运行。没有半成品事务。

通常围绕事务提供许多保证，但是我们将重点放在隔离上。隔离使数据库的用户不必担心并发性，它决定了事务显示的程度，好像它在数据库中单独运行一样。

各种可能的隔离级别的分类是一个[有趣的话题][Link 1]，但是在这里，我们将只关注它们之间的关系：SERIALIZABLE和“ Anomaly(异常) SERIALIZABLE”（有时称为SNAPSHOT快照）。

# **可串行化SERIALIZABLE** #

从某种意义上说，可串行性是“完美”的隔离。

似乎每个事务实际上都是完全在数据库中单独运行的，即使这可能这不是真正的幕后情况（我的服务器有很多内核，我们需要充分利用它们）。

如果我们独自运行所有事务，则将其称为“串行化”。

由于这等效于单独运行它们，因此称为可串行化。

串行执行是指我们一次只运行一次事务，而不会由于并发而交错操作。

我们可以将可串行化性视为一种方案，其中每个事务在一个唯一的时间戳上逻辑上完成其所有工作。

由于每笔交易至少在概念上都是瞬时发生的，因此用户不必担心麻烦的并发性。

顺便说一句，值得注意的是“ SERIALIZABLE串行化隔离级别”和“可串行化的执行”是两个不同的概念。

我所见过的大多数讨论都将它们混为一谈，尽管这会引起一些令人困惑的问题，例如“被表示为“可串行化”的事务如何与非串行化事务进行交互”？

# **异常串行化Anomaly SERIALIZABLE（快照）** #

可串行化性很奇怪，它是事务理论中为数不多的概念之一，具有非常简单和明确的定义，但仍以某种方式设法具有两种完全不同的主流含义。

过去，当ANSI[定义][Link 2]SERIALIZABLE隔离级别时，它们的定义虽然正确，但可以解释为不排除较低的隔离级别（现在称为“快照隔离”），少数进取的数据库供应商利用了这一事实。

最著名的例子是，如果您向Oracle请求SERIALIZABLE，实际上得到的是SNAPSHOT（快照）。

从某种意义上说，整篇文章都是关于了解快照隔离的处理方法。

快照隔离的主要特征有两个：

*  快照隔离中的事务有两个重要的时间戳：一个是执行读操作的时间戳，另一个是执行写操作的时间戳。读取的时间戳定义了事务看到的数据库的“一致快照”。如果其他人在事务T的读取时间戳记之后的某个时间提交写操作，则将看不到这些更改（通常使用[MVCC][]强制执行。我们将名为“ x”的事务称为T x，并将读取和写入时间戳记分别记为R x和W x。
 *  如果两个事务执行的间隔重叠（R 1 <W 2和W 1 > R 2），则两个事务并发。在“快照隔离”中，数据库强制两个并发的已提交事务具有不相交的写集（这意味着它们不会写到任何相同的内存位置）。提交将导致违反此限制的任何事务都将被迫中止并重试。

# **写偏斜** #

快照隔离中发生的异常称为“写入偏斜”。

其典型示例如下所示：

考虑两个事务P和Q。

P将寄存器x中的值复制到y，

Q将寄存器中的值从y复制到x。

只有两个串行执行：P，Q或者Q，P。无论哪种方式，最终结果都是x = y。

但是，快照隔离允许另一个结果：

*  事务P读取x
 *  事务Q读取y
 *  事务P将其读取的值写入y
 *  事务Q将其读取的值写入x

这在“快照隔离”中是可以有效的发生：每个事务维护数据库的一致视图，并且其写集与任何并发事务的写集不重叠。但是其实x和y已被交换，这两种串行执行都无法实现结果。

更多点击标题见原文。

**结论**

如果您运行的是主流数据库，则您运行的隔离级别很可能是SNAPSHOT，甚至更低。

几乎没有主流数据库默认为真正串行化SERIALIZABLE，许多根本没有提供它。考虑到SNAPSHOT的盛行，我认为了解确切含义很重要。

正如我希望您已经说服的那样，“写偏斜”这一公认的例子是不够的。

如果您想了解更多有关此主题的信息，那么我不能说太多：

*  [Arjun Narayan的“交易历史记录”][Link 1]
 *  [使快照隔离可序列化][Link 3]
 *  [快照隔离批判][Link 4]
 *  [Atul Adya的论文][Atul Adya]

感谢Arjun Narayan，Ben Darnell，Sean Loiselle，Ilia Chtcherbakov和Forte Shinko阅读此帖子并提供反馈。

[https://www.jdon.com/55452][https_www.jdon.com_55452]

[Link 1]: https://ristret.com/s/f643zk/history_transaction_histories
[Link 2]: https://arxiv.org/ftp/cs/papers/0701/0701157.pdf
[MVCC]: https://en.wikipedia.org/wiki/Multiversion_concurrency_control
[Link 3]: https://www.cse.iitb.ac.in/infolab/Data/Courses/CS632/2009/Papers/p492-fekete.pdf
[Link 4]: https://drive.google.com/file/d/0B9GCVTp_FHJIMjJ2U2t6aGpHLTFUVHFnMTRUbnBwc2pLa1RN/edit
[Atul Adya]: http://pmg.csail.mit.edu/papers/adya-phd.pdf
[https_www.jdon.com_55452]: https://www.jdon.com/55452