《设计数据密集型应用》第七章(4) 事务:弱隔离性(2)

前面介绍的两种弱隔离性的级别,Read Committed Isolation和Snapshot Isolation,可以保证正确的处理并发的读请求,但对于并发写的情况,仅保证了不会出现Dirty writes,仍然会出现比如两个事务同时更新一个数据变量,其中一个事务的更新丢失的情况。我们接下来会继续介绍两种弱隔离性,能够在一定程度上避免其他的并发问题。

避免Lost Updates

我们再回顾一下Lost Updates的情况,如下图所示,两个事务同时更新一个数值,最终该值仅增加1,而丢失了一个事务的更新操作。

Lost Updates

Lost Updates的情况同样可能出现在以下的场景:

  • 增大计数器,或者更新账户余额:需要先读取当前值,计算新值,并写回更新的值;
  • 更新复杂对象,比如在Json文档数据中增加一个key:需要先解析文档,进行修改,然后写回修改后的文档;
  • 两个用户同时更新wiki页面,每个用户的修改发送到服务器,覆盖原有的数据。

避免Lost Updates的方式有以下几种:

原子写操作

许多数据库可以提供原子操作,可以不用在应用代码中使用read-modify-write的操作,在应用程序中使用这些原子操作一般是最好的做法,比如以下的SQL语句是并发安全的:

UPDATE counters SET value = value + 1 WHERE key = 'foo';

同样的,在文档型数据库中,MongoDB提供了对Json文档修改的原子操作,Redis提供了对比如priority queues的数据修改的原子操作。

原子操作并不能满足所有场景的lost updates问题,比如两个用户同时更新wiki页面的问题,就不能通过原子操作实现。

原子操作的实现,一般都是通过在对象上增加排他锁(exclusive lock)实现的,也就是在一个事务读数据时,另一个事务只有在该事务完成更新后才能读,这也被称为cursor stability。另外一种实现方式时,让所有的原子操作都在一个线程顺序执行。

外部锁

如果数据库内置的原子操作不能提供必要的功能,应用程序需要在更新数据时自己添加锁。这样应用程序在执行read-modify-write时,其他事务就只能等待,直到前一个操作完成。

假设有一个多人游戏,每个玩家都可以移动同一目标的位置。单纯进行移动的原子操作是不够的,因此在移动前需要判断移动是否是合理的。这里用外部锁实现的代码如下所示:

BEGIN TRANSACTION;

SELECT * FROM figures
WHERE name = 'robot' AND game_id = 222
FOR UPDATE;

-- Check whether move is valid, then update the position
-- of the piece that was returned by the previous SELECT.

UPDATE figures SET position = 'c4' WHERE id = 1234;

COMMIT;
自动检测lost updates

之前提到的原子写操作和外部锁,都是强制让read-modify-write类型的所有操作是顺序发生的。因此,另一种方式是允许它们并行执行,然后由事务管理器检测lost update,一旦检测到,会中止该事务并重新执行。

这种方法的优点是,对于支持Snapshot Isolation的数据库,可以很有效地进行该检查。我个人的理解是由于Snapshot Isolation会为每个事务分配一个txid,并且记录了每个txid修改的数据版本,可以在最终write时判断数据是否被修改,如果修改则中止事务并重试。PostgreSQL、Oracle和SQL Server都提供了类似的特性,而MySQL/InnoDB并没有提供。

Lost updates的检测是很有用的特性,可以简化应用程序代码的复杂性,并且防止由于忘记使用原子操作和锁导致的错误,使得程序更不易出错。

Compare-and-set

对于一些不提供事务的数据库,使用原子性的Compare-and-set操作,可以保证数据在修改时,当前值等于读取时的值。如果当前值发生变化,更新时什么都不会发生,read-modify-write的操作将会重试。

例如之前提到的两个用户同时更新wiki的例子,用这种方法更新时的SQL语句如下:

-- This may or may not be safe, depending on the database implementation
UPDATE wiki_pages SET content = 'new content'
WHERE id = 1234 AND content = 'old content';

如果content在修改的过程中变化,那么更新将什么都不发生,因此需要检测该更新是否生效,并在必要的情况下重试。然而,如果数据库应用了Snapshot Isolation,可能WHERE条件读取到的是旧的值,而当前值其实已经变化了。因此要仔细确认compare-and-set的操作是否是安全的。

多副本的冲突解决

在多副本的数据库,避免lost updates需要从其他维度来考虑:数据会拷贝到多个节点上,并且不同节点的数据可能会并发修改。

原子操作可以在多副本的情况工作的很好,特别是符合交换律的场景,也就是不同顺序的计算结果是相同的。

锁和compare-and-set的方法,都假设自己是最新的数据副本。然后,对于leaderless和multiple-leader的模型,同时会有多个写操作并发执行,并且进行异步复制,并不能保证哪个节点的数据是最新的。因此锁和compare-and-set在此时就不适用了。

一种常见的解决方式,是允许向数据库中写入有冲突的多个版本的值,并且在应用程序中分析并解决冲突。

之前我们讲到的last write wins(LWW)的并发写入策略,是很容易出现lost updates情况的。

最后编辑于
?著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 214,128评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 91,316评论 3 388
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事?!?“怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 159,737评论 0 349
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 57,283评论 1 287
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,384评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,458评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,467评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,251评论 0 269
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,688评论 1 306
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,980评论 2 328
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,155评论 1 342
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,818评论 4 337
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,492评论 3 322
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,142评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,382评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,020评论 2 365
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,044评论 2 352

推荐阅读更多精彩内容