Introduzione al controllo della concorrenza multiversione (MVCC)
Nei moderni sistemi di database, la concorrenza è fondamentale per garantire la coerenza e le prestazioni dei dati in un ambiente in cui si verificano più transazioni contemporaneamente. Una tecnica efficiente per la gestione della concorrenza nei database relazionali è il Multiversion Concurrency Control (MVCC). Questo approccio mantiene versioni separate dei record, consentendo ai lettori di accedere a uno snapshot coerente del database senza essere bloccati dalle operazioni di scrittura in corso.
MVCC risolve i conflitti creando più versioni di record senza blocchi espliciti, riducendo così i conflitti di blocco e migliorando le prestazioni. Ciò è particolarmente importante negli ambienti ad alta transazione e ad alta concorrenza in cui vengono apportate frequenti modifiche ai dati. MVCC garantisce la coerenza del database consentendo alle transazioni di accedere solo alle versioni di record valide al momento della transazione, senza influenzare la visualizzazione di altre transazioni simultanee.
Flusso di lavoro MVCC: creazione, aggiornamento ed eliminazione di record
Per fornire una comprensione del funzionamento di MVCC, esamineremo il processo di creazione, aggiornamento ed eliminazione dei record in un sistema che implementa questa tecnica di controllo della concorrenza.
- Creazione di record : quando un nuovo record viene inserito nel database, MVCC assegna un ID di transazione univoco al record. Questo ID viene utilizzato per tenere traccia della versione del record durante tutto il suo ciclo di vita.
- Aggiornamento dei record : in caso di aggiornamenti dei record, MVCC garantisce che diverse transazioni possano modificare lo stesso record senza conflitti. Quando una transazione tenta di aggiornare un record, il sistema di database crea una nuova versione del record e le assegna l'ID della transazione. La versione originale del record rimane intatta, consentendo ad altre transazioni di accedervi. La nuova versione del record è valida solo per la transazione di aggiornamento e per eventuali transazioni future che iniziano dopo il completamento di questa transazione.
- Eliminazione di record : quando una transazione elimina un record, MVCC non rimuove direttamente il record dal database. Contrassegna invece il record come eliminato (assegnando l'ID della transazione come indicatore di eliminazione) mantenendo le versioni precedenti del record disponibili per l'accesso da parte di altre transazioni. Una volta che tutte le transazioni attive non richiedono più l'accesso al record eliminato, il sistema MVCC raccoglierà i rifiuti e rimuoverà permanentemente il record dal database.
Il sistema di database può fornire un'istantanea coerente dei dati su misura per le diverse esigenze delle transazioni mantenendo più versioni dei record e dei rispettivi ID di transazione. Le transazioni attive accedono alla versione del record più recente valida all'ora di inizio della transazione, garantendo coerenza e serializzazione senza richiedere blocchi espliciti.
Vantaggi e svantaggi dell'MVCC: bilanciare prestazioni e coerenza
Sebbene MVCC offra numerosi vantaggi, tra cui maggiore concorrenza e prestazioni ottimizzate, presenta anche alcune limitazioni. Parliamo dei pro e dei contro dell'utilizzo di MVCC in un sistema di database relazionale.
Aspetti positivi dell'MVCC
- Maggiore concorrenza : MVCC consente l'esecuzione simultanea di più transazioni fornendo loro un'istantanea pulita dei dati. Ciò riduce i conflitti di blocco, evitando che le transazioni vengano bloccate inutilmente.
- Prestazioni ottimizzate : evitando la necessità di un blocco esplicito, MVCC consente operazioni di lettura e scrittura più veloci. Ciò porta a prestazioni ottimizzate, soprattutto in ambienti ad alta concorrenza.
- Isolamento migliorato : MVCC fornisce l'isolamento tra transazioni simultanee fornendo istantanee personalizzate in base all'ora di inizio di ciascuna transazione. Ciò consente alle transazioni di operare in modo indipendente e coerente senza influenzare la visualizzazione dei dati da parte di altre transazioni.
Aspetti negativi dell'MVCC
- Aumento del sovraccarico di archiviazione : MVCC richiede il mantenimento di più versioni di ciascun record, il che può comportare un aumento del sovraccarico di archiviazione. Ma questo sovraccarico può essere ridotto a un livello accettabile ottimizzando i meccanismi di archiviazione e raccolta dei rifiuti.
- Garbage Collection complessa : è necessario un sofisticato meccanismo di Garbage Collection per gestire le versioni obsolete dei record create da MVCC. Ciò può comportare una certa complessità nel sistema di database, soprattutto in ambienti ad alto numero di transazioni.
- Garanzie di coerenza ridotte in scenari specifici : MVCC può portare a garanzie di coerenza ridotte in alcuni casi. Queste situazioni si verificano in genere in conflitti di lettura-scrittura o se il sistema di database utilizza livelli di isolamento che forniscono garanzie di coerenza più deboli, come i livelli di isolamento read-commit e read-uncommit. Tuttavia, questo è generalmente un compromesso accettabile considerando i numerosi vantaggi di MVCC.
Sebbene esistano alcune sfide e complessità associate a MVCC, offre una soluzione efficace per gestire la concorrenza, garantire la coerenza dei dati e migliorare le prestazioni nei database relazionali. Comprendendo e implementando correttamente MVCC, gli sviluppatori e gli amministratori di database possono fornire agli utenti un'esperienza di database fluida ed efficiente.
Sistemi di database relazionali popolari che utilizzano MVCC
Diversi popolari sistemi di gestione di database relazionali (RDBMS) utilizzano MVCC per migliorare la concorrenza e l'ottimizzazione delle prestazioni. Ecco una panoramica di alcuni dei sistemi ampiamente utilizzati che implementano MVCC.
PostgreSQL
Uno dei principali sistemi di database relazionali open source, PostgreSQL , supporta MVCC per isolare le transazioni in modo efficace, ottimizzare la concorrenza e garantire la coerenza dei dati. PostgreSQL utilizza una tecnica di isolamento degli snapshot che separa le transazioni di lettura e scrittura e mantiene diversi snapshot di dati per ciascuna transazione. Questo approccio riduce i conflitti di blocco e consente l'esecuzione simultanea di più transazioni senza ritardi.
MySQL (motore di archiviazione InnoDB)
MySQL è un altro popolare sistema di database relazionale open source. Sebbene il motore di archiviazione predefinito di MyISAM non supporti MVCC, il motore di archiviazione InnoDB, anch'esso consigliato per la maggior parte dei casi d'uso, implementa MVCC per migliorare le prestazioni e la concorrenza. Quando si utilizza InnoDB, MySQL mantiene più versioni dei record per consentire operazioni di lettura e scrittura simultanee, riducendo così il conflitto di blocchi e migliorando le prestazioni.
Oracolo
Oracle Database, uno dei sistemi di database commerciali dominanti, utilizza MVCC per mantenere la coerenza dei dati e migliorare le prestazioni. Oracle utilizza una combinazione di meccanismi di coerenza di lettura e scrittura, consentendogli di fornire ai lettori un'istantanea coerente dei dati consentendo allo stesso tempo agli scrittori di modificare i dati senza bloccare altre transazioni.
Microsoft SQL Server (livello di isolamento dello snapshot)
Microsoft SQL Server è un altro importante RDBMS commerciale. Sebbene non utilizzi MVCC per impostazione predefinita, supporta il livello di isolamento dello snapshot, che abilita il modello MVCC. Utilizzando l'isolamento dello snapshot, SQL Server può mantenere versioni diverse di righe di dati, consentendo operazioni di lettura e scrittura simultanee con conflitti di blocco ridotti e prestazioni migliorate.
MVCC con AppMaster: sfruttare il controllo della concorrenza
La piattaforma senza codice di AppMaster consente agli sviluppatori di creare applicazioni che possono funzionare perfettamente con i database relazionali, compresi quelli che utilizzano MVCC per il controllo della concorrenza e l'ottimizzazione delle prestazioni. Essere consapevoli delle capacità di MVCC e sfruttarle in modo efficace è essenziale per creare applicazioni performanti, scalabili ed efficienti.
Gli strumenti di sviluppo visivo di AppMaster consentono agli sviluppatori di modellare e progettare lo schema dei dati, creare API REST e progettare interfacce di applicazioni web e mobili che funzionino perfettamente con i database relazionali. Le applicazioni generate da AppMaster funzionano con qualsiasi database compatibile con PostgreSQL come archivio dati primario, garantendo agli sviluppatori la possibilità di utilizzare MVCC in PostgreSQL.
La piattaforma di AppMaster genera codice sorgente per applicazioni backend in Go (golang), applicazioni web che utilizzano il framework Vue3 e applicazioni mobili che utilizzano Kotlin e Jetpack Compose per Android e SwiftUI per iOS. Con la logica aziendale implementata in modo efficiente, la tua applicazione può interagire con il database in modo efficiente e ottimizzato sfruttando al tempo stesso i vantaggi di MVCC per il controllo della concorrenza.
Tendenze e innovazioni future
Il mondo della gestione dei database è in continua evoluzione e MVCC rimane in prima linea in questi progressi. Nelle moderne tecnologie di database, diverse tendenze e innovazioni chiave stanno plasmando il futuro di MVCC e delle sue applicazioni.
- MVCC nelle moderne tecnologie di database: MVCC rimane una caratteristica centrale nei moderni sistemi di gestione di database. Man mano che i volumi di dati crescono e la necessità di controllo della concorrenza diventa più critica, i fornitori di database investono nel miglioramento delle implementazioni MVCC. Sono in fase di sviluppo nuovi algoritmi e ottimizzazioni per garantire che MVCC rimanga efficiente anche in ambienti ad alto rendimento.
- Implicazioni per la scalabilità e i sistemi distribuiti: la scalabilità è una preoccupazione primaria nelle odierne applicazioni ad uso intensivo di dati. Il supporto intrinseco di MVCC per la concorrenza lo rende adatto ai sistemi di database distribuiti. Poiché le organizzazioni adottano sempre più architetture distribuite per gestire grandi quantità di dati, MVCC fornisce le basi per mantenere la coerenza e l'isolamento dei dati tra i nodi distribuiti. Ciò è particolarmente importante negli scenari in cui è necessario accedere e modificare i dati da più posizioni geografiche contemporaneamente.
- Approcci in evoluzione a MVCC: sebbene MVCC abbia dimostrato il suo valore, la ricerca e l'innovazione continue stanno portando allo sviluppo di nuovi approcci e ottimizzazioni. Gli ingegneri del database stanno esplorando le varianti di MVCC, come l'isolamento degli snapshot e l'isolamento degli snapshot serializzabili, per affrontare casi d'uso specifici e ottimizzare le prestazioni. Questi approcci in evoluzione bilanciano una forte coerenza dei dati e un’elevata concorrenza, consentendo ai database di adattarsi ai diversi requisiti applicativi.
Un impegno per l'efficienza, la scalabilità e l'adattabilità caratterizza il futuro di MVCC nei database relazionali. Man mano che i dati crescono in volume e complessità, MVCC rimane una pietra angolare dei sistemi di database, garantendo l'integrità dei dati e supportando le esigenze delle applicazioni moderne. Abbracciando approcci in evoluzione e sfruttando i punti di forza di MVCC negli ambienti distribuiti, il settore dei database è pronto per l'innovazione e il miglioramento continui.
Conclusione
Multiversion Concurrency Control (MVCC) è una tecnica cruciale nei sistemi di gestione di database relazionali per garantire la coerenza dei dati, ridurre i conflitti di blocco e ottimizzare le prestazioni in scenari con più transazioni simultanee. Diversi sistemi di database noti, tra cui PostgreSQL, MySQL (InnoDB), Oracle e Microsoft SQL Server (livello di isolamento snapshot), implementano MVCC per una migliore gestione della concorrenza.
Quando si sviluppano applicazioni che interagiscono con database relazionali, è essenziale comprendere le funzionalità di MVCC e assicurarsi che l'applicazione ne tragga vantaggio. La piattaforma no-code di AppMaster ti consente di creare applicazioni che possono funzionare in modo efficiente con database abilitati per MVCC, offrendo prestazioni ottimizzate e controllo della concorrenza senza richiedere un ampio intervento manuale.
