多版本并发控制技术

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维护数据一致性并防止数据库系统中的并发问题至关重要。多个事务同时访问相同数据的情况应该得到妥善处理。多版本并发控制 (MVCC) 技术提供了一种高效且有效的方法来实现这一点。

在本文中，我们将讨论多版本并发控制 (MVCC) 技术，其各种类型和特性。

并发控制协议

数据库系统提供并发控制以确保事务之间的隔离性。它通过一致地执行事务来维护数据库的一致性。它还解决由读写和写读操作引起的冲突。并发控制使用各种技术，例如：

• 两阶段锁协议

• 时间戳排序协议

• 多版本并发控制

• 验证并发控制

让我们简要讨论一下两阶段锁协议。锁是协议中一个重要的操作，它提供读取或写入数据项的权限。两阶段锁协议是一个过程，它允许获取共享资源而不会产生死锁的可能性。该协议涉及三个主要活动：

• (i) 锁获取

• (ii) 数据修改

• (iii) 锁释放

在分布式系统中，两阶段锁通过在无法获取所有必需资源而不等待另一个进程完成使用锁的情况下释放所有已获取的资源来防止死锁。这确保了没有进程在等待另一个进程释放资源时持有共享资源，从而防止由于资源争用而导致的死锁。

两阶段锁协议中的事务可以处于增长阶段或收缩阶段。

• 在增长阶段，事务可以获取锁，但不能释放任何锁，直到到达锁点，锁点是事务获取所有必要锁的点。

• 在收缩阶段，事务只能释放锁，但不能获取任何新锁。

多版本并发控制 (MVCC)

多版本协议旨在减少读取操作的延迟。它维护数据项的多个版本。每当执行写入操作时，协议都会创建事务数据的新的版本，以确保无冲突且成功的读取操作。

新创建的版本包含以下信息：

• 内容 - 此字段包含该版本的数据值。

• 写入时间戳 - 此字段包含创建新版本的事务的时间戳。

• 读取时间戳 - 此字段包含将读取新创建值的事务的时间戳。

通过创建数据的多个版本，多版本协议确保读取操作可以访问数据的适当版本而不会遇到冲突。因此，该协议能够实现高效的并发控制并减少读取操作的延迟。

MVCC 的各种类型

这些类型在下面的表格中进行比较

MVCC 类型	描述	优点	缺点
基于快照的	在事务开始时创建数据库的快照，并使用它为事务提供必要的数据	易于实现	由于存储数据的多个版本而导致的显著开销
基于时间戳的	为创建新记录版本的事务分配唯一的时间戳；用于确定事务的数据可见性	比基于快照的 MVCC 更高效	需要额外的存储空间来存储时间戳
基于历史的	存储对记录所做的所有更改的完整历史记录，允许轻松回滚事务	提供最高级别的数据一致性	MVCC 技术中最复杂的一种
混合的	组合两种或多种 MVCC 技术以平衡性能和数据一致性	提供多种 MVCC 技术的优势	比单个技术更复杂

多版本并发控制 (MVCC) 的好处

MVCC 是一种帮助数据库管理同时发生多个事务的技术。当 DBMS 正确实现 MVCC 时，它会提供多种好处，例如：

减少对数据库锁的需求

使用 MVCC，数据库可以允许多个事务读取和写入数据而无需锁定整个数据库。

减少多个事务尝试访问相同数据的冲突

MVCC 有助于减少访问相同数据的多个事务之间的冲突。

更快的读取数据速度

由于 MVCC 允许多个事务同时读取数据，因此它提高了读取数据的速度。

记录在写入操作期间仍然受到保护

MVCC 确保数据在事务对其进行更改时不会被其他事务更改。

更少的数据库死锁

死锁发生在两个或多个事务相互等待释放锁时，导致系统停止运行。MVCC 可以减少此类事件的数量。

多版本并发控制 (MVCC) 的缺点

尽管多版本并发控制 (MVCC) 提供了许多好处，但这种方法也有两个主要缺点：

• 并发更新控制方法可能难以实现。

• 数据库可能会因记录的多个版本而膨胀，从而增加其整体大小。

但是，对于大多数用户和开发者来说，实现 MVCC 并发控制方法所涉及的复杂性是隐藏的。数据库厂商在幕后提供此功能，因此开发人员可以像往常一样编写 SQL，最终用户可以使用应用程序，而无需担心 MVCC 如何工作的底层细节。这意味着 MVCC 的使用通常对大多数用户和开发者来说是透明的。

MVCC 和锁定的比较

	MVCC	锁定
方法	在写入操作期间创建一个具有递增版本号的新记录版本	在写入操作期间锁定记录
读取操作	在更新新版本的同时，可以对记录的旧版本进行并发读取操作	在释放锁之前，不允许并发读取操作
写入操作	写入操作在记录的新版本上进行，允许多个写入同时发生	一次只能发生一个写入，因为记录在写入操作期间被锁定
锁	不需要锁，消除了争用和死锁管理的需求	使用锁，这可能导致争用和死锁问题
记录版本	随着创建记录的新版本，数据库的大小会增加，从而可能导致膨胀	数据库大小保持不变，因为没有创建记录的新版本

结论

MVCC 技术提供了一种高效且有效的方法来实现数据一致性。它可以防止数据库系统中的并发问题。每种 MVCC 技术都有其优点和缺点。因此，应根据具体需求和应用程序特性选择适当的技术。在选择 MVCC 技术时，必须考虑性能、效率和数据一致性。