Introduction au contrôle de concurrence multiversion (MVCC)
Dans les systèmes de bases de données modernes, la concurrence est essentielle pour garantir la cohérence et les performances des données dans un environnement où plusieurs transactions se produisent simultanément. Une technique efficace pour gérer la concurrence dans les bases de données relationnelles est le contrôle de concurrence multiversion (MVCC). Cette approche maintient des versions distinctes des enregistrements, permettant aux lecteurs d'accéder à un instantané de base de données cohérent sans être bloqué par les opérations d'écriture en cours.
MVCC résout les conflits en créant plusieurs versions d'enregistrements sans verrous explicites, réduisant ainsi les conflits de verrouillage et améliorant les performances. Ceci est particulièrement important dans les environnements à transactions élevées et à forte concurrence où des modifications fréquentes des données sont apportées. MVCC garantit la cohérence de la base de données en permettant aux transactions d'accéder uniquement aux versions d'enregistrement valides au moment de la transaction, sans affecter la vue des autres transactions simultanées.
Workflow MVCC : création, mise à jour et suppression d'enregistrements
Pour comprendre le fonctionnement de MVCC, nous passerons en revue le processus de création, de mise à jour et de suppression d'enregistrements dans un système qui implémente cette technique de contrôle de concurrence.
- Création d'enregistrements : lorsqu'un nouvel enregistrement est inséré dans la base de données, MVCC attribue un ID de transaction unique à l'enregistrement. Cet identifiant est utilisé pour suivre la version de l'enregistrement tout au long de son cycle de vie.
- Mise à jour des enregistrements : Dans le cas de mises à jour d'enregistrements, MVCC garantit que différentes transactions peuvent modifier le même enregistrement sans conflits. Lorsqu'une transaction tente de mettre à jour un enregistrement, le système de base de données crée une nouvelle version de l'enregistrement et lui attribue l'ID de la transaction. La version originale du dossier reste intacte, permettant à d'autres transactions d'y accéder. La nouvelle version de l'enregistrement n'est valide que pour la transaction de mise à jour et pour toutes les transactions futures qui démarrent après la fin de cette transaction.
- Suppression d'enregistrements : lorsqu'une transaction supprime un enregistrement, MVCC ne supprime pas directement l'enregistrement de la base de données. Au lieu de cela, il marque l'enregistrement comme supprimé (en attribuant l'ID de la transaction comme marqueur de suppression) tout en gardant les versions d'enregistrement précédentes disponibles pour que d'autres transactions puissent y accéder. Une fois que toutes les transactions actives ne nécessitent plus l'accès à l'enregistrement supprimé, le système MVCC collectera les déchets et supprimera définitivement l'enregistrement de la base de données.
Le système de base de données peut fournir un instantané cohérent des données adapté aux besoins des différentes transactions en conservant plusieurs versions des enregistrements et leurs identifiants de transaction respectifs. Les transactions actives accèdent à la version d'enregistrement la plus récente valide au moment du début de la transaction, garantissant ainsi la cohérence et la sérialisation sans nécessiter de verrous explicites.
Avantages et inconvénients du MVCC : équilibrer performances et cohérence
Bien que MVCC offre plusieurs avantages, notamment une concurrence accrue et des performances optimisées, il présente également certaines limites. Discutons des avantages et des inconvénients de l'utilisation de MVCC dans un système de base de données relationnelle.
Avantages du MVCC
- Concurrence accrue : MVCC permet à plusieurs transactions de s'exécuter simultanément en leur fournissant un instantané propre des données. Cela réduit les conflits de verrouillage, empêchant ainsi les transactions d'être bloquées inutilement.
- Performances optimisées : en évitant le besoin de verrouillage explicite, MVCC permet des opérations de lecture et d'écriture plus rapides. Cela conduit à des performances optimisées, en particulier dans les environnements à forte concurrence.
- Isolation améliorée : MVCC assure l'isolation entre les transactions simultanées en fournissant des instantanés adaptés à l'heure de début de chaque transaction. Cela permet aux transactions de fonctionner de manière indépendante et cohérente sans affecter la vue des données par les autres transactions.
Inconvénients du MVCC
- Augmentation des frais de stockage : MVCC nécessite de conserver plusieurs versions de chaque enregistrement, ce qui peut entraîner une augmentation des frais de stockage. Mais cette surcharge peut être réduite à un niveau acceptable en optimisant les mécanismes de stockage et de garbage collection.
- Collecte de place complexe : un mécanisme sophistiqué de collecte de place est nécessaire pour gérer les versions d'enregistrement obsolètes créées par MVCC. Cela peut entraîner une certaine complexité dans le système de base de données, en particulier dans les environnements à transactions élevées.
- Garanties de cohérence réduites dans des scénarios spécifiques : MVCC peut conduire à des garanties de cohérence réduites dans certains cas. Ces situations se produisent généralement lors de conflits en lecture-écriture ou si le système de base de données utilise des niveaux d'isolement qui offrent des garanties de cohérence plus faibles, tels que des niveaux d'isolement en lecture validée et en lecture non validée. Il s’agit néanmoins d’un compromis généralement acceptable compte tenu des nombreux avantages du MVCC.
Bien que MVCC présente certains défis et complexités, il offre une solution efficace pour gérer la concurrence, garantir la cohérence des données et améliorer les performances des bases de données relationnelles. En comprenant et en implémentant correctement MVCC, les développeurs et les administrateurs de bases de données peuvent offrir aux utilisateurs une expérience de base de données transparente et efficace.
Systèmes de bases de données relationnelles populaires utilisant MVCC
Plusieurs systèmes de gestion de bases de données relationnelles (SGBDR) populaires utilisent MVCC pour améliorer la concurrence et optimiser les performances. Voici un aperçu de certains des systèmes largement utilisés implémentant MVCC.
PostgreSQL
L'un des principaux systèmes de bases de données relationnelles open source, PostgreSQL , prend en charge MVCC pour isoler efficacement les transactions, optimiser la simultanéité et garantir la cohérence des données. PostgreSQL utilise une technique d'isolation d'instantanés qui sépare les transactions de lecture et d'écriture et conserve différents instantanés de données pour chaque transaction. Cette approche réduit les conflits de verrouillage et permet à plusieurs transactions de s'exécuter simultanément sans délai.
MySQL (moteur de stockage InnoDB)
MySQL est un autre système de base de données relationnelle open source populaire. Bien que le moteur de stockage par défaut de MyISAM ne prenne pas en charge MVCC, le moteur de stockage InnoDB, également recommandé pour la plupart des cas d'utilisation, implémente MVCC pour améliorer les performances et la concurrence. Lors de l'utilisation d'InnoDB, MySQL conserve plusieurs versions des enregistrements pour permettre des opérations de lecture et d'écriture simultanées, réduisant ainsi les conflits de verrouillage et améliorant les performances.
Oracle
Oracle Database, l'un des systèmes de bases de données commerciaux dominants, utilise MVCC pour maintenir la cohérence des données et améliorer les performances. Oracle utilise une combinaison de mécanismes de cohérence en lecture et en écriture, ce qui lui permet de fournir aux lecteurs un instantané cohérent des données tout en permettant aux rédacteurs de modifier les données sans bloquer d'autres transactions.
Microsoft SQL Server (niveau d'isolation des instantanés)
Microsoft SQL Server est un autre SGBDR commercial important. Bien qu'il n'utilise pas MVCC par défaut, il prend en charge le niveau d'isolation Snapshot, qui active le modèle MVCC. En utilisant l'isolation des instantanés, SQL Server peut conserver différentes versions de lignes de données, permettant ainsi des opérations de lecture et d'écriture simultanées avec une réduction des conflits de verrouillage et des performances accrues.
MVCC avec AppMaster : tirer parti du contrôle de concurrence
La plate -forme sans code d' AppMaster permet aux développeurs de créer des applications capables de fonctionner de manière transparente avec des bases de données relationnelles, y compris celles utilisant MVCC pour le contrôle de concurrence et l'optimisation des performances. Être conscient des capacités de MVCC et les exploiter efficacement est essentiel pour créer des applications performantes, évolutives et efficaces.
Les outils de développement visuel d' AppMaster permettent aux développeurs de modéliser et de concevoir le schéma de données, de créer des API REST et de concevoir des interfaces d'applications Web et mobiles qui fonctionnent de manière transparente avec des bases de données relationnelles. Les applications générées par AppMaster fonctionnent avec n'importe quelle base de données compatible PostgreSQL comme stockage de données principal, garantissant ainsi que les développeurs peuvent utiliser MVCC dans PostgreSQL.
La plateforme AppMaster génère le code source pour les applications backend en Go (golang), les applications Web utilisant le framework Vue3 et les applications mobiles utilisant Kotlin et Jetpack Compose pour Android et SwiftUI pour iOS. Avec la logique métier implémentée efficacement, votre application peut interagir avec la base de données de manière performante et optimisée tout en tirant parti des avantages de MVCC pour le contrôle de la concurrence.
Tendances et innovations futures
Le monde de la gestion de bases de données est en constante évolution et MVCC reste à la pointe de ces avancées. Dans les technologies de bases de données modernes, plusieurs tendances et innovations clés façonnent l’avenir du MVCC et de ses applications.
- MVCC dans les technologies de bases de données modernes : MVCC reste une fonctionnalité centrale dans les systèmes de gestion de bases de données modernes. À mesure que les volumes de données augmentent et que le besoin de contrôle de concurrence devient plus critique, les fournisseurs de bases de données investissent dans l'amélioration des implémentations MVCC. De nouveaux algorithmes et optimisations sont en cours de développement pour garantir que MVCC reste efficace même dans les environnements à haut débit.
- Implications pour l'évolutivité et les systèmes distribués : L'évolutivité est une préoccupation majeure dans les applications gourmandes en données d'aujourd'hui. La prise en charge inhérente de MVCC pour la concurrence le rend bien adapté aux systèmes de bases de données distribuées. Alors que les organisations adoptent de plus en plus d'architectures distribuées pour gérer de grandes quantités de données, MVCC constitue la base du maintien de la cohérence et de l'isolation des données sur les nœuds distribués. Ceci est particulièrement important dans les scénarios où les données doivent être consultées et modifiées simultanément à partir de plusieurs emplacements géographiques.
- Approches évolutives du MVCC : Bien que le MVCC ait prouvé sa valeur, la recherche et l'innovation en cours conduisent au développement de nouvelles approches et optimisations. Les ingénieurs de bases de données explorent des variantes de MVCC, telles que l'isolation des instantanés et l'isolation des instantanés sérialisables, pour répondre à des cas d'utilisation spécifiques et affiner les performances. Ces approches évolutives équilibrent une forte cohérence des données et une simultanéité élevée, permettant aux bases de données de s'adapter à diverses exigences d'application.
Un engagement en faveur de l'efficacité, de l'évolutivité et de l'adaptabilité caractérise l'avenir de MVCC dans les bases de données relationnelles. À mesure que le volume et la complexité des données augmentent, MVCC reste la pierre angulaire des systèmes de bases de données, garantissant l'intégrité des données et répondant aux exigences des applications modernes. En adoptant des approches évolutives et en tirant parti des atouts de MVCC dans les environnements distribués, le secteur des bases de données est prêt pour une innovation et une amélioration continues.
Conclusion
Le contrôle de concurrence multiversion (MVCC) est une technique cruciale dans les systèmes de gestion de bases de données relationnelles pour garantir la cohérence des données, réduire les conflits de verrouillage et optimiser les performances dans des scénarios avec plusieurs transactions simultanées. Plusieurs systèmes de bases de données bien connus, notamment PostgreSQL, MySQL (InnoDB), Oracle et Microsoft SQL Server (niveau d'isolation instantané), implémentent MVCC pour une gestion améliorée de la concurrence.
Lors du développement d'applications qui interagissent avec des bases de données relationnelles, il est essentiel de comprendre les fonctionnalités de MVCC et de garantir que votre application en tire parti. La plate no-code d' AppMaster vous permet de créer des applications capables de fonctionner efficacement avec des bases de données compatibles MVCC, offrant des performances optimisées et un contrôle de concurrence sans nécessiter une intervention manuelle approfondie.
