PostgreSQL 事务&并发&锁

末蓝、 2023-10-15 22:46 13阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  PostgreSQL 事务
 *   *  大家都知道的 ACID
     *  事务的基本使用
     *  保存点
 *  PostgreSQL 并发
 *   *  并发问题
     *  MVCC
 *  PostgreSQL 锁机制
 *   *  表锁
     *  行锁
 *  总结

## PostgreSQL 事务 ##

### 大家都知道的 ACID ###

在日常操作中，对于一组相关操作，通常要求要么都成功，要么都失败。在关系型数据库中，称这一组操作为事务。为了保证整体事务的安全性，有ACID这一说：

*  原子性A：事务是一个最小的执行单位，一次事务中的操作要么都成功，要么都失败。
 *  一致性C：在事务完成时，所有数据必须保持在一致的状态。（事务完成后吗，最终结果和预期结果是一致的）
 *  隔离性I：一次事务操作，要么是其他事务操作前的状态，要么是其他事务操作后的状态，不存在中间状态。
 *  持久性D：事务提交后，数据会落到本地磁盘，修改是永久性的。

PostgreSQL相比于其他数据库，有一个比较大的优化，DDL也可以包含在一个事务中。比如集群中的操作，一个事务可以保证多个节点都构建出一个表，才算成功。

### 事务的基本使用 ###

PostgreSQL跟MySQL一样，是自动提交事务的。

可以基于关闭PostgreSQL的自动提交事务来进行操作。

![image.png][]

但是上述方式比较麻烦，传统的方式。

也可以根据命令处理一个事务：

*  begin：开始事务
 *  commit：提交事务
 *  rollback：回滚事务

-- 开启事务
    begin;
    -- 操作
    insert into test values (7,'bbb',12,5);
    -- 提交事务 
    commit;

### 保存点 ###

在PostgreSQL中，保存点（savepoint）用于在事务中创建中间状态，点允许在事务过程中设置临时的“检查点”，以便在必要时回滚事务的一部分。

比如项目中有一个大事务操作超时，回滚成本太高。针对大事务，可以拆分成几个部分，每个部分完成后，构建一个保存点，如果后面操作超时了，回滚到保存点，继续重试。

-- savepoint操作
    -- 开启事务
    begin;
    -- 插入一条数据
    insert into test values (8,'铃铛',55,11);
    -- 添加一个保存点
    savepoint ok1;
    -- 再插入数据,比如出了一场
    insert into test values (9,'大唐官府',66,22);
    -- 回滚到之前的提交点
    rollback to savepoint ok1;
    -- 就可以开始重试操作，重试成功，commit，失败可以rollback;
    commit;

## PostgreSQL 并发 ##

### 并发问题 ###

在不考虑隔离性的前提下，事务的并发可能会出现的问题：

*  脏读：读到了其他事务未提交的数据。（必须避免这种情况）
 *  不可重复读：同一事务中，多次查询同一数据，结果不一致，因为其他事务修改造成的。（一些业务中这种不可重复读不是问题）
 *  幻读：同一事务中，在修改某个数据后，再次查询还是之前的数据，因为其他事务对数据进行了更新，这种现象为幻读。

针对这些并发问题，关系型数据库有一些事务的隔离级别，一般用4种。

*  READ UNCOMMITTED：读未提交
 *  READ COMMITTED：读已提交，可以解决脏读（PGSQL默认隔离级别）
 *  REPEATABLE READ：可重复读，可以解决脏读和不可重复读（MySQL默认是这个隔离级别，PGSQL也提供了，但是设置为可重复读，效果还是串行化）
 *  SERIALIZABLE：串行化

PGSQL在老版本中，只有两个隔离级别，读已提交和串行化，在PGSQL中不存在脏读问题。

### MVCC ###

PostgreSQL中，在事务的并发问题里，也是基于MVCC多版本并发控制去维护数据的一致性。详细内容见[多版本并发控制MVCC][MVCC]

首先要清楚，为啥要有MVCC？

如果一个数据库，频繁的进行读写操作，为了保证安全，采用锁的机制。但是如果采用锁机制，如果一些事务在写数据，另外一个事务就无法读数据，会造成读写之间相互阻塞。 所以大多数的数据库都会采用一个机制 **多版本并发控制 MVCC** 来解决这个问题。

MVCC是一种并发控制的方法，它通过保存数据的多个版本来实现并发访问。在MVCC中，每个事务在开始时获取一个唯一的版本号，然后读取和修改数据时都会带上这个版本号。这样，每个事务只能看到自己的版本号小于或等于自己的数据版本，从而实现了并发访问。

PGSQL中，每张表都会自带两个字段

*  xmin：给当前事务分配的数据版本。如果有其他事务做了写操作，并且提交事务了，就给xmin分配新的版本。
 *  xmax：当前事务没有存在新版本，xmax就是0。如果有其他事务做了写操作，未提交事务，将写操作的版本放到xmax中。提交事务后，xmax会分配到xmin中，然后xmax归0。

![image.png][image.png 1]

基于上图的操作查看效果

事务A

-- 左，事务A
    --1、开启事务
    begin;
    --2、查询某一行数据,  xmin = 630,xmax = 0
    select xmin,xmax,* from test where id = 8;
    --3、每次开启事务后，会分配一个事务ID 事务id=631
    select txid_current();
    --7、修改id为8的数据，然后在本事务中查询   xmin = 631, xmax = 0
    update test set name = '铃铛' where id = 8;
    select xmin,xmax,* from test where id = 8;
    --9、提交事务
    commit;

事务B

-- 右，事务B
    --4、开启事务
    begin;
    --5、查询某一行数据,  xmin = 630,xmax = 0
    select xmin,xmax,* from test where id = 8;
    --6、每次开启事务后，会分配一个事务ID 事务id=632
    select txid_current();
    --8、事务A修改完，事务B再查询  xmin = 630  xmax = 631
    select xmin,xmax,* from test where id = 8;
    --10、事务A提交后，事务B再查询  xmin = 631  xmax = 0
    select xmin,xmax,* from test where id = 8;

## PostgreSQL 锁机制 ##

当然，PostgreSQL也支持表锁和行锁，来控制并发访问。PostgreSQL中主要有两种锁，一个表锁一个行锁。

### 表锁 ###

表锁就是锁住整张表，也分为很多中模式，其中最核心的两个：

*  ACCESS SHARE：共享锁（读锁），读读操作不阻塞，但是不允许出现写操作并行
 *  ACCESS EXCLUSIVE：互斥锁（写锁），无论什么操作进来，都阻塞。

具体的可以查看[官网文档][Link 1]。

PostgreSQL中表锁的实现：

![image.png][image.png 2]

基于LOCK开启表锁，指定表的名字name，其次在MODE中指定锁的模式，NOWAIT可以指定是否在没有拿到锁时，一致等待。

-- 事务1
    -- 基于互斥锁，锁住test表
    -- 先开启事务
    begin;
    -- 基于默认的ACCESS EXCLUSIVE锁住test表
    lock test in ACCESS SHARE mode;
    -- 操作
    select * from test;
    -- 提交事务，锁释放
    commit;

当事务1开启锁住当前表之后，如果使用默认的ACCESS EXCLUSIVE，其他连接操作表时，会直接阻塞住。

如果事务1是基于ACCESS SHARE共享锁时，其他事务是可以查询当前表的。

### 行锁 ###

PostgreSQL的行锁和MySQL的基本是一模一样的，基于select for update就可以指定行锁。

MySQL中有一个概念，for update时，如果select的查询没有命中索引，可能会锁表。

PostgerSQL有个特点，for update时，如果select的查询没有命中索引，不一定会锁表，依然会实现行锁。

-- 先开启事务
    begin;
    -- 基于for update 锁住id为3的数据
    select * from test where id = 3 for update;
    update test set name = 'v1' where id = 3;
    -- 提交事务，锁释放
    commit;

其他的事务要锁住当前行，会阻塞住。

## 总结 ##

事务、MVCC和锁是三个相互关联的概念，它们共同保证了数据库的一致性和并发性。

*  事务和MVCC是互相配合的，事务通过MVCC来实现并发控制，保证数据的一致性。
 *  锁是事务实现并发控制的一种手段，通过加锁来保证数据的一致性。

[image.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/0f21ea6ac29f0cae1e427b086731a2c9.png
[MVCC]: https://wangbinguang.blog.csdn.net/article/details/127198503
[image.png 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/5f67fab5085626ff4a4add7100c8d2f4.png
[Link 1]: http://postgres.cn/docs/12/explicit-locking.html
[image.png 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/e798fe4ea0fd33ed2f011bc097712951.png