PostgreSQL 事務模型介紹

PostgreSQL 事務模型介紹

PostgreSQL有自己的事務實現模型。總體上分為三層：top layer, middle layer和bottom layer。

1. Top Layer

Top Layer主要由使用者控制，對使用者可見。這一層的事務，主要由使用者來決定事務的發起與結束。事務生命週期由使用者控制，是high-level的。

也就是通常所說的事務塊，transaction block。當使用者發起：BEGIN, COMMIT, ROLLBACK, SAVEPOINT, ROLLBACK TO or RELEASE等命令時，

PG的traffic cop會將這些call重新轉寄到Top Layer routine中，相對應的方法如下：
BeginTransactionBlock
 EndTransactionBlock
 UserAbortTransactionBlock
 DefineSavepoint
 RollbackToSavepoint
 ReleaseSavepoint

2.Middle Layer

這一層基本上是語句層級的。對使用者不可見，也就是說使用者無法控制具體生命週期。這一層的處理是跟語句相對應的。由postgres.c處理，相對應的方法如下：

StartTransactionCommand
 CommitTransactionCommand
 AbortCurrentTransaction

3.Bottom Layer

這是最低層的事務原子性的實現，是row-level層級的。是真正意義上的事務實現，以及嵌套交易處理等。

相對應的方法如下：

StartTransaction
 CommitTransaction
 AbortTransaction
 CleanupTransaction
 StartSubTransaction
 CommitSubTransaction
 AbortSubTransaction
 CleanupSubTransaction

從上面三層模型，可以看出PG交易管理粒度由粗到細。調用由中層向底層調用。另外如果有使用者層級的事務控制，如出現“BEGIN”等，則被postgres.c轉寄到top layer中。

假設下面一個案例：

1)        BEGIN
 2)        SELECT * FROM foo
 3)        INSERT INTO foo VALUES (...)
 4)        COMMIT

那麼相應的調用方法調用循序如下:

    /  StartTransactionCommand;
    /      StartTransaction;
 1) <        ProcessUtility;            << BEGIN
    \      BeginTransactionBlock;
      \  CommitTransactionCommand;

    /  StartTransactionCommand;
 2) /        ProcessQuery;              << SELECT ...
    \        CommitTransactionCommand;
    \      CommandCounterIncrement;

    /  StartTransactionCommand;
 3) /        ProcessQuery;              << INSERT ...
    \        CommitTransactionCommand;
    \      CommandCounterIncrement;

    /  StartTransactionCommand;
    /  ProcessUtility;                << COMMIT
 4) <            EndTransactionBlock;
    \  CommitTransactionCommand;
      \      CommitTransaction;

在第一步中，使用者定義的事務邊界開始，也是此事務的生命週期起點。

首先，”BEGIN”也是作為一個命令語句的，因此本身這一步也是需要middle layer中的方法調用將其包圍起來。

接著起動low-level事務，即由middle layer調用bottom layer的方法。StartTransaction時，會產生vxid(virtual transaction id，即backend id與local transaction id)。

判斷當前事務是否是read-only或者目前是否處於recovery狀態。交易隔離等級，事務是否非同步commit等資訊都在這裡初始化。將transState狀態設定為：TRANS_INPROCESS。

因為有“BEGIN”命令語句，所以是top layer的。因此又被轉到BeginTransactionBlock邏輯中。開始transaction block 處理，並將事務狀態設定為：TBLOCK_START。

起transaction block和起transaction的區別在於對事務狀態的設定不一樣。

start trasaction block是將事務狀態設定為：TBLOCK_START，而一般的start transaction是將其設定為：TRANS_INPROCESS。

事務塊與事務是有區別的，在狀態上。事務塊有以下幾種狀態，是可以嵌套的： 

 
而一般事務，只有以下幾種狀態，沒有嵌套： 

 
另外，在源碼定義上，用了不同的結構體來儲存。TransState，儲存low-level事務狀態。
而TBlockState儲存high-level事務狀態。從這裡也明顯可以看出，PG在事務層級上做了區分的。 

 
 
在第二步中，發起select查詢。上面講過，middle layer是跟命令語句對應的。因此針對select 查詢，也是用middle layer中的方法調用將其包圍。
另外增加CID，用於同一事務中的MVCC可見度判斷。
 
在第三步中，發起insert操作。這一步大邏輯上基本上等同於第二步。只是在處理insert時，需要將當前的xid更新到tupler header中去。
通常涉及到insert,update,delete等操作都是跟heap緊密相關，涉及到heap的物理上tuple新增和刪除。在這一層中，PG需要為每一個DML
操作assign一個事務ID，並將此事務ID更新到tuple header中的xmin或者xmax中。從而實現MVCC。另外這一層也會增加commandID，主要用來實現同一事務中的可見度判斷。
 
在第四步中，使用者發起commit，提交事務。事務生命週期結束。這一步邏輯等同於第一步。這裡不僅需要結束top layer 的transaction block。也需要結束low-level中的事務，實現
事務原子性。另外還需要釋放資源，釋放buffer pin，釋放鎖等。
 
從上面的講解中，我們可以比較清晰的看到，PG在事務實現的大致邏輯。完整實現ACID功能。
Atomity：原子性由low-level層級實現，從StartTransaction開始，結束於CommitTransaction。
Consistency：一致性由語句層級實現，即middle layer對應。另外在tuple header 中更新的xmin,xmax,cmin,cmax為事務可見度提供判斷基礎。
Isolation：在StartTransaction時，初始化交易隔離等級。為MVCC建立snapshot時，提供基礎。
Duarability：通過CommitTransaction實現，提交交易記錄等。為資料恢複和持久化提供基礎。實現WAL（Write Ahead Log)功能。

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