DM8事务隔离级别与MVCC

事务隔离级别

读未提交

读未提交隔离级别是最不严格的隔离级别，即允许事务读取另一个事务未提交的数据。在此隔离级别下性能最好，但由于脏读问题，在生产环境中几乎不使用。示例如下。

开启两个会话，会话1中设置隔离级别为READ UNCOMMITTED，向表中插入一条数据并且不提交

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在会话2中，查询测试表数据，在默认事务隔离级别中，测试表仅有一条数据。设置隔离级别为READ UNCOMMITTED后，会话2中可以查询到会话1尚未提交的数据

读已提交

读已提交允许事务读取另一个事务已提交的数据，在此隔离级别下避免了脏读问题，能够满足大多数应用的要求，并最大限度的保证系统并发性能，但仍然会出现不可重复读和幻读的问题，示例如下:

开启两个会话，会话1中设置隔离级别为READ COMMITTED，向表中插入一条数据并提交

会话2中先后执行两次select查询数据，第二次查询时，会话2中可以查询到会话1已提交的数据。

可重复读

可重复读可以保证在一个事务内，多次读取同一数据记录时，结果一样。DM不支持该隔离级别。在postgresql中，通过对每一个事务创建快照(snapshot)实现可重复读。具体来说，postgresql是为每一个事务创建一个快照并冻结，之后该事务的所有操作都基于这份快照，从而实现隔离。快照中会存储以下三种数据：xmin：所有活跃事务中最小的事务ID，xmax：第一个尚未分配的事务ID，xip_list：当前活跃事务ID列表。之后利用行版本信息对比，由此判断可见性。与postgresql读已提交隔离级别的区别是，可重复读隔离级别只在事务开始时创建一次快照，因此只能看到事务开始前已提交的数据，以下示例使用postgresql-12。

在会话1中，设置事务隔离级别为可重复读，在会话2中，向测试表插入数据，插入数据后，会话1中查询结果不变

串行化

在串行化隔离级别下，可以消除不可重复读和幻读的问题。让并发事务的执行结果与串行执行完全相同，但该隔离级别对性能影响巨大，几乎不会采用。此外，在该隔离级别下，如果某个事务试图修改自身事务开始后，被其他事务修改并提交的数据，则会触发串行化失败，示例如下：

开启两个会话，会话1中对id为1的数据进行更新但不提交

在会话2中，同样对id为1的数据进行更新，由于此时会话1尚未提交，因此时会话2的操作会被阻塞

提交会话1的操作，此时会话2会出现串行化失败，因为会话2中的事务试图修改被会话1修改并已提交的数据

MVCC

在多版本控制以前，数据库仅通过锁机制来实现并发控制。数据库对读操作上共享锁，写操作上排他锁。但在这种情况下，出现读写冲突时就会产生阻塞，极大地影响了数据库并发性能。DM的MVCC通过实现行级多版本，消除了行锁。读写操作不会相互阻塞，极大地提高了数据库并发性能。

DM8提供了两种判断事务可见性的模式，使用参数TRX_VIEW_MODE控制，分别如下：

基于回滚记录的MVCC（TRX_VIEW_MODE=0）：
数据行包含事务TID和版本指针RPTR，使得记录间单向连接，形成链式版本结构

基于时间戳的MVCC（默认，TRX_VIEW_MODE=1）：
全局维护一个大数组CMTARR（Commit Array），长度由参数TRX_CMTARR_SIZE控制（单位：百万）。事务在启动时获取一个时间戳SNAP_CMTSEQ，提交时将CMTARR中对应位置（事务号）的值设置为当前时间。数据版本的可见性通过比较SNAP_CMTSEQ和CMTSEQ来判断：如果SNAP_CMTSEQ >= CMTSEQ，则数据版本可见；否则不可见。

基于回滚记录的MVCC

DM 数据库基于物理记录和回滚记录实现行级多版本支持，数据页中只保留物理记录的最新版本，通过回滚记录维护历史版本，每一条物理记录中包含了两个字段：TID 和 RPTR。

TID（本行数据的事务版本）: 记录最近更新或插入这条记录的事务ID,可以理解为最后修改该行数据的事务号

RPTR（回滚指针，指向上一个版本）：当事务回滚时，可以通过ROLPTR找到之前版本的数据。也可以在判断事务可见性时，通过该指针遍历到满足要求的版本

trxid隐藏字段可以被查询，示例如下：

事务可见性判断：

在基于回滚记录的MVCC中，通过活动事务视图来判断行可见性，主要使用以下几个记录

• TID（事务ID）：事务自身的事务号。
• 活动事务表：当前系统中活跃事务号集合。
• NEXT_TID：下一个将要分配的事务ID（即当前最大已分配事务ID + 1）。
• 行物理记录TID：数据行的一个版本，其 TID 字段表示创建/修改该版本的事务ID。

对行可见性的判断遵循以下规则：

行TID = 当前事务号。说明这条记录是本事务自己修改，因此可见

行TID不在活动事务表内，并且小于NEXT_TID。说明创建该行的事务已经结束，因此可见

行TID包含在活动事务表内，或者TID>=NEXT_TID。说明创建该行的事务尚未结束，或者该行记录是在当前事务快照之后才创建的，因此不可见。

以上规则是主流的MVCC实现，但存在的问题是，当全局事务量较多时，由于每个事务均需要维护一个包含当前活跃事务的数据，代价太大。因此，DM还提供了以下第二种MVCC方式

基于时间戳的MVCC

这种MVCC的实现方式是，全局维护一个大数组CMTARR，在事务启动时，将这个数组中对应位置上的CMTSEQ置为0，事务提交时，则将这个位置上的CMTSEQ置为当前时间

之后事务或sql启动时，只需要获取当前时间戳，再与记录ID在CMTARR对应位置上的时间戳比对，就可以判断可见性了：

SNAP_CMTSEQ >= CMTSEQ 说明改行记录在事务之前提交，可见

SNAP_CMTSEQ < CMTSEQ说明改行记录在事务之后提交，不可见

CMTSEQ = 0，说明创建该行记录的事务尚未结束，不可见

这个大数组的长度，可以由静态参数TRX_CMTARR_SIZE控制，这个参数设置越大，内存消耗越多。因此此参数值设置应当考虑单位时间内事务完成数量

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