印刻数据库

外观

KingBaseES 事务与锁机制 ​

事务概述 ​

事务是数据库中执行的一组操作，这些操作要么全部成功执行，要么全部失败回滚。事务是数据库并发控制的基本单位，确保数据的一致性和完整性。

事务的ACID特性 ​

KingBaseES 事务支持ACID特性，即原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）。

  1. 原子性（Atomicity）：事务中的所有操作要么全部成功，要么全部失败回滚，不会出现部分成功的情况。
  2. 一致性（Consistency）：事务执行前后，数据库从一个一致状态转换到另一个一致状态，数据完整性约束得到保持。
  3. 隔离性（Isolation）：多个事务并发执行时，每个事务的执行结果不受其他事务的影响，仿佛它们是串行执行的。
  4. 持久性（Durability）：事务提交后，其结果永久保存在数据库中，即使系统崩溃也不会丢失。

事务的状态 ​

一个事务可以处于以下状态：

  1. 活动状态（Active）：事务正在执行中。
  2. 部分提交状态（Partially Committed）：事务的所有操作已经执行完成，但结果尚未写入磁盘。
  3. 提交状态（Committed）：事务成功完成，结果已经写入磁盘。
  4. 失败状态（Failed）：事务执行过程中出现错误，需要回滚。
  5. 中止状态（Aborted）：事务已经回滚，数据库恢复到事务开始前的状态。

事务的使用 ​

事务的开始与结束 ​

在 KingBaseES 中，事务的开始和结束可以通过以下方式控制：

显式事务 ​

sql
-- 开始事务
BEGIN;

-- 执行SQL操作
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;

-- 提交事务
COMMIT;

-- 或者回滚事务
ROLLBACK;

隐式事务 ​

KingBaseES 默认使用隐式事务模式，即每条SQL语句自动构成一个事务。可以通过以下方式修改事务模式：

sql
-- 设置为隐式事务模式（默认）
SET autocommit = ON;

-- 设置为显式事务模式
SET autocommit = OFF;

保存点 ​

保存点（Savepoint）允许在事务中设置多个回滚点，以便在需要时回滚到特定的点，而不是整个事务。

sql
-- 开始事务
BEGIN;

-- 执行SQL操作
INSERT INTO orders (customer_id, total_amount) VALUES (1, 100);

-- 设置保存点
SAVEPOINT order_created;

-- 执行更多SQL操作
INSERT INTO order_items (order_id, product_id, quantity, price) VALUES (1, 1, 2, 50);

-- 回滚到保存点
ROLLBACK TO SAVEPOINT order_created;

-- 继续执行其他操作
INSERT INTO order_items (order_id, product_id, quantity, price) VALUES (1, 2, 1, 100);

-- 提交事务
COMMIT;

事务隔离级别 ​

事务隔离级别定义了多个事务并发执行时的隔离程度，KingBaseES 支持以下四种隔离级别：

  1. 读未提交（Read Uncommitted）：允许事务读取其他事务未提交的数据，可能导致脏读、不可重复读和幻读。
  2. 读已提交（Read Committed）：允许事务读取其他事务已提交的数据，避免脏读，但可能导致不可重复读和幻读。
  3. 可重复读（Repeatable Read）：确保同一事务中多次读取同一数据的结果一致，避免脏读和不可重复读，但可能导致幻读。
  4. 串行化（Serializable）：最高隔离级别，确保事务串行执行，避免所有并发问题，但性能最差。

查看和设置隔离级别 ​

sql
-- 查看当前事务隔离级别
SHOW default_transaction_isolation;

-- 查看当前会话的隔离级别
SELECT current_setting('transaction_isolation');

-- 设置事务隔离级别（会话级别）
SET SESSION CHARACTERISTICS AS TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

-- 设置事务隔离级别（当前事务）
BEGIN TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

隔离级别对比 ​

隔离级别脏读不可重复读幻读并发性能
读未提交可能可能可能最高
读已提交不可能可能可能高
可重复读不可能不可能可能中
串行化不可能不可能不可能最低

事务控制语句 ​

语句描述
BEGIN / START TRANSACTION开始一个事务
COMMIT提交事务，将修改永久保存到数据库
ROLLBACK回滚事务，撤销所有修改
SAVEPOINT设置保存点
ROLLBACK TO SAVEPOINT回滚到指定保存点
RELEASE SAVEPOINT删除保存点
SET autocommit设置自动提交模式
SET TRANSACTION设置事务属性

锁机制 ​

锁机制是数据库并发控制的核心，用于协调多个事务对共享资源的访问，防止数据不一致和冲突。

锁的分类 ​

按锁的粒度分类 ​

  1. 行级锁（Row-level Lock）：锁定表中的单行数据，粒度最小，并发性能最高，但锁开销较大。
  2. 页级锁（Page-level Lock）：锁定表中的一页数据（默认8KB），粒度中等，并发性能较高，锁开销中等。
  3. 表级锁（Table-level Lock）：锁定整个表，粒度最大，并发性能最低，但锁开销最小。

按锁的模式分类 ​

  1. 共享锁（Share Lock，S锁）：允许事务读取数据，但不允许其他事务修改数据。多个事务可以同时持有共享锁。
  2. 排他锁（Exclusive Lock，X锁）：允许事务修改数据，不允许其他事务读取或修改数据。同一时间只能有一个事务持有排他锁。
  3. 更新锁（Update Lock，U锁）：用于更新操作的中间状态，防止死锁。只有在 KingBaseES 兼容 Oracle 模式下使用。
  4. 意向锁（Intent Lock）：表级锁，用于表示事务对表中的行持有锁，提高锁检查的效率。

按锁的实现分类 ​

  1. 悲观锁（Pessimistic Lock）：假设并发冲突会发生，在数据操作前先获取锁，确保数据的一致性。
  2. 乐观锁（Optimistic Lock）：假设并发冲突不会发生，在数据提交时检查是否有冲突，如果有冲突则回滚事务。

锁的使用 ​

显式加锁 ​

sql
-- 共享锁（读锁）
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1 FOR SHARE;

-- 排他锁（写锁）
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE;

-- 带 NOWAIT 选项，避免等待锁
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE NOWAIT;

-- 带 SKIP LOCKED 选项，跳过已锁定的行
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE SKIP LOCKED;

隐式加锁 ​

KingBaseES 会根据SQL语句自动添加锁：

  • SELECT：默认不加锁，使用MVCC（多版本并发控制）读取数据。
  • INSERT：对插入的行加排他锁。
  • UPDATE：对更新的行加排他锁。
  • DELETE：对删除的行加排他锁。
  • CREATE TABLE：对新表加排他锁。
  • ALTER TABLE：对表加排他锁。
  • DROP TABLE：对表加排他锁。

锁的监控与管理 ​

查看锁的状态 ​

sql
-- 查看当前所有锁
SELECT 
  locktype, 
  database, 
  relation, 
  page, 
  tuple, 
  virtualxid, 
  transactionid, 
  classid, 
  objid, 
  objsubid, 
  pid, 
  mode, 
  granted
FROM 
  sys_locks;

-- 查看锁等待情况
SELECT 
  bl.pid AS blocked_pid, 
  a.usename AS blocked_user, 
  kl.pid AS blocking_pid, 
  ka.usename AS blocking_user, 
  a.query AS blocked_query, 
  ka.query AS blocking_query
FROM 
  sys_locks bl
JOIN 
  sys_stat_activity a ON bl.pid = a.pid
JOIN 
  sys_locks kl ON bl.locktype = kl.locktype AND bl.database IS NOT DISTINCT FROM kl.database AND bl.relation IS NOT DISTINCT FROM kl.relation AND bl.page IS NOT DISTINCT FROM kl.page AND bl.tuple IS NOT DISTINCT FROM kl.tuple AND bl.virtualxid IS NOT DISTINCT FROM kl.virtualxid AND bl.transactionid IS NOT DISTINCT FROM kl.transactionid AND bl.classid IS NOT DISTINCT FROM kl.classid AND bl.objid IS NOT DISTINCT FROM kl.objid AND bl.objsubid IS NOT DISTINCT FROM kl.objsubid AND bl.pid != kl.pid
JOIN 
  sys_stat_activity ka ON kl.pid = ka.pid
WHERE 
  NOT bl.granted;

-- 查看事务等待情况
SELECT 
  pid, 
  usename, 
  application_name, 
  client_addr, 
  backend_start, 
  xact_start, 
  query_start, 
  state, 
  wait_event_type, 
  wait_event, 
  query
FROM 
  sys_stat_activity
WHERE 
  wait_event_type = 'Lock';

释放锁 ​

锁会在事务提交或回滚后自动释放。如果需要手动释放锁，可以终止持有锁的进程：

sql
-- 终止持有锁的进程
SELECT pg_terminate_backend(<pid>);

-- 取消持有锁的查询
SELECT pg_cancel_backend(<pid>);

并发控制机制 ​

MVCC（多版本并发控制） ​

KingBaseES 使用 MVCC（多版本并发控制）机制来实现高并发的读操作，避免读写冲突。MVCC 的核心思想是：

  1. 每个事务看到的数据是事务开始时的数据快照。
  2. 事务修改数据时，会创建数据的新版本，而不是直接修改旧版本。
  3. 旧版本的数据会在不再需要时被清理（通过VACUUM操作）。

MVCC 的优点：

  • 读操作不会阻塞写操作
  • 写操作不会阻塞读操作
  • 提高了并发性能
  • 避免了读锁的开销

快照隔离 ​

KingBaseES 的 MVCC 实现基于快照隔离（Snapshot Isolation），每个事务在开始时获取一个数据库快照，事务期间看到的数据都是基于这个快照的。

sql
-- 查看当前事务的快照信息
SELECT txid_current_snapshot();

-- 查看当前事务的ID
SELECT txid_current();

死锁处理 ​

死锁的概念 ​

死锁是指两个或多个事务互相等待对方释放锁，导致所有事务都无法继续执行的状态。

死锁的产生条件 ​

  1. 互斥条件：资源只能被一个事务占用。
  2. 请求与保持条件：事务已经持有资源，又提出新的资源请求。
  3. 不剥夺条件：事务持有的资源不能被强制剥夺。
  4. 循环等待条件：多个事务形成循环等待链。

死锁的检测与处理 ​

KingBaseES 内置了死锁检测机制，定期检查是否存在死锁：

  1. 死锁检测：数据库定期（默认每1秒）运行死锁检测算法，检查是否存在死锁。
  2. 死锁处理：当检测到死锁时，数据库会选择一个代价最小的事务进行回滚，释放锁资源，让其他事务继续执行。

死锁的预防 ​

  1. 合理设计事务：将大事务拆分为小事务，减少锁持有时间。
  2. 统一访问顺序：所有事务按照相同的顺序访问资源，避免循环等待。
  3. 使用合理的隔离级别：根据业务需求选择合适的隔离级别，避免使用过高的隔离级别。
  4. 使用索引优化查询：确保查询使用索引，减少锁的范围。
  5. 避免长事务：长事务会持有锁很长时间，增加死锁的风险。
  6. 使用 NOWAIT 或 SKIP LOCKED：在查询中使用 NOWAIT 或 SKIP LOCKED 选项，避免等待锁。

事务与锁的性能优化 ​

1. 优化事务设计 ​

  • 减少事务大小：将大事务拆分为小事务，减少锁持有时间。
  • 缩短事务执行时间：优化SQL查询，减少事务执行时间。
  • 避免在事务中执行非数据库操作：如网络请求、文件I/O等。
  • 使用合适的隔离级别：根据业务需求选择合适的隔离级别。

2. 优化锁的使用 ​

  • 使用行级锁：尽量使用行级锁，避免表级锁。
  • 减少锁的范围：优化查询，减少锁定的行数。
  • 避免锁定不必要的数据：只锁定需要修改的数据。
  • 使用共享锁代替排他锁：如果只需要读取数据，使用共享锁。
  • 使用乐观锁：对于并发冲突较少的场景，使用乐观锁。

3. 监控和调优 ​

  • 监控锁等待情况：定期查看锁等待情况，及时发现和解决锁冲突。
  • 监控长事务：定期查看长事务，及时终止不必要的长事务。
  • 调整死锁检测时间：根据系统负载调整死锁检测时间。
  • 调整锁超时时间：根据业务需求调整锁超时时间。

事务与锁的版本差异 ​

V8 与 V7 版本的差异 ​

  1. MVCC 优化：

    • V8 版本优化了 MVCC 机制，提高了并发性能。
    • V8 版本减少了 MVCC 快照的创建和维护开销。

  2. 锁机制增强：

    • V8 版本新增了 SKIP LOCKED 选项，允许跳过已锁定的行。
    • V8 版本优化了锁的获取和释放机制，减少了锁开销。

  3. 死锁检测优化：

    • V8 版本优化了死锁检测算法，提高了死锁检测的效率。
    • V8 版本新增了死锁检测的监控视图。

V8R3 与 V8R2 版本的差异 ​

  1. 事务管理增强：

    • V8R3 版本支持更多的事务控制语句。
    • V8R3 版本新增了事务的监控和统计功能。

  2. 锁机制优化：

    • V8R3 版本优化了行级锁的实现，提高了并发性能。
    • V8R3 版本新增了锁的细粒度控制选项。

  3. MVCC 改进：

    • V8R3 版本改进了 MVCC 的快照管理，减少了内存使用。
    • V8R3 版本新增了 MVCC 的监控视图，便于 DBA 监控 MVCC 的使用情况。

常见问题（FAQ） ​

如何查看当前正在执行的事务？ ​

sql
-- 查看当前正在执行的事务
SELECT 
  pid, 
  usename, 
  application_name, 
  client_addr, 
  backend_start, 
  xact_start, 
  query_start, 
  state, 
  query
FROM 
  sys_stat_activity
WHERE 
  state = 'active' AND xact_start IS NOT NULL;

如何查看长事务？ ​

sql
-- 查看运行时间超过 5 分钟的事务
SELECT 
  pid, 
  usename, 
  application_name, 
  client_addr, 
  xact_start, 
  now() - xact_start AS duration, 
  query
FROM 
  sys_stat_activity
WHERE 
  xact_start IS NOT NULL AND now() - xact_start > interval '5 minutes';

如何处理锁等待？ ​

  1. 查看锁等待情况：使用 sys_locks 和 sys_stat_activity 视图查看锁等待情况。
  2. 分析锁冲突原因：确定哪个事务持有锁，哪个事务在等待锁。
  3. 解决锁冲突：
    • 等待持有锁的事务完成。
    • 终止持有锁的事务（如果必要）。
    • 优化查询，减少锁持有时间。
    • 调整事务设计，避免锁冲突。

如何避免死锁？ ​

  1. 合理设计事务：将大事务拆分为小事务。
  2. 统一访问顺序：所有事务按照相同的顺序访问资源。
  3. 使用合理的隔离级别：避免使用过高的隔离级别。
  4. 使用索引优化查询：减少锁的范围。
  5. 避免长事务：长事务会增加死锁的风险。
  6. 使用 NOWAIT 或 SKIP LOCKED：避免等待锁。

如何优化事务性能？ ​

  1. 减少事务大小：将大事务拆分为小事务。
  2. 缩短事务执行时间：优化SQL查询。
  3. 避免在事务中执行非数据库操作：如网络请求、文件I/O等。
  4. 使用合适的隔离级别：根据业务需求选择合适的隔离级别。
  5. 使用索引优化查询：减少锁的范围。
  6. 定期监控和调优：监控事务和锁的使用情况，及时优化。

总结 ​

事务与锁机制是 KingBaseES 并发控制的核心，理解和掌握事务与锁机制对于 DBA 进行性能调优和故障处理至关重要。

在实际生产环境中，DBA 需要：

  1. 理解事务的ACID特性和隔离级别
  2. 掌握锁的类型和使用方法
  3. 了解MVCC和快照隔离的工作原理
  4. 掌握死锁的检测和处理方法
  5. 学会监控和优化事务与锁的性能
  6. 根据业务需求选择合适的事务隔离级别和锁策略

通过合理的事务设计和锁管理，可以提高 KingBaseES 数据库的并发性能，减少死锁和锁等待，确保数据的一致性和完整性。