Inleiding tot Multiversion Concurrency Control (MVCC)
In moderne databasesystemen is gelijktijdigheid van cruciaal belang om de consistentie en prestaties van gegevens te garanderen in een omgeving waar meerdere transacties tegelijkertijd plaatsvinden. Een efficiënte techniek voor het beheren van gelijktijdigheid in relationele databases is Multiversion Concurrency Control (MVCC). Deze aanpak handhaaft afzonderlijke versies van records, waardoor lezers toegang hebben tot een consistente databasemomentopname zonder te worden geblokkeerd door voortdurende schrijfbewerkingen.
MVCC lost conflicten op door meerdere versies van records te maken zonder expliciete vergrendelingen, waardoor de vergrendelingsconflicten worden verminderd en de prestaties worden verbeterd. Dit is vooral belangrijk in omgevingen met veel transacties en veel gelijktijdigheid, waar regelmatig wijzigingen in de gegevens worden aangebracht. MVCC zorgt voor databaseconsistentie door transacties alleen toegang te geven tot de geldige recordversies op het moment van de transactie, zonder de weergave van andere gelijktijdige transacties te beïnvloeden.
MVCC-workflow: records maken, bijwerken en verwijderen
Om inzicht te krijgen in hoe MVCC werkt, zullen we het proces doorlopen van het maken, bijwerken en verwijderen van records in een systeem dat deze techniek voor gelijktijdigheidscontrole implementeert.
- Records aanmaken : Wanneer een nieuw record in de database wordt ingevoegd, wijst MVCC een unieke transactie-ID aan het record toe. Deze ID wordt gebruikt om de versie van de record gedurende de gehele levenscyclus bij te houden.
- Records bijwerken : In het geval van recordupdates zorgt MVCC ervoor dat verschillende transacties hetzelfde record zonder conflicten kunnen wijzigen. Wanneer een transactie probeert een record bij te werken, maakt het databasesysteem een nieuwe versie van het record en wijst hieraan de transactie-ID toe. De originele versie van het record blijft onaangeroerd, zodat andere transacties er toegang toe hebben. De nieuwe versie van het record is alleen geldig voor de bijgewerkte transactie en eventuele toekomstige transacties die starten nadat deze transactie is voltooid.
- Records verwijderen : Wanneer een transactie een record verwijdert, verwijdert MVCC het record niet rechtstreeks uit de database. In plaats daarvan wordt de record als verwijderd gemarkeerd (door de transactie-ID als verwijderingsmarkering toe te wijzen), terwijl de vorige recordversies beschikbaar blijven voor toegang door andere transacties. Zodra voor alle actieve transacties geen toegang meer nodig is tot het verwijderde record, verzamelt het MVCC-systeem afval en verwijdert het record permanent uit de database.
Het databasesysteem kan een consistente momentopname van de gegevens bieden, afgestemd op de behoeften van verschillende transacties, door meerdere versies van records en hun respectieve transactie-ID's bij te houden. Actieve transacties hebben toegang tot de meest recente recordversie die geldig was op de starttijd van de transactie, waardoor consistentie en serialisatie worden gegarandeerd zonder dat expliciete vergrendelingen nodig zijn.
Voor- en nadelen van MVCC: evenwicht tussen prestaties en consistentie
Hoewel MVCC verschillende voordelen biedt, waaronder verhoogde gelijktijdigheid en geoptimaliseerde prestaties, kent het ook enkele beperkingen. Laten we de voor- en nadelen bespreken van het gebruik van MVCC in een relationeel databasesysteem.
Voordelen van MVCC
- Verhoogde gelijktijdigheid : MVCC maakt het mogelijk dat meerdere transacties gelijktijdig worden uitgevoerd door ze een schone momentopname van de gegevens te bieden. Dit vermindert het aantal lock-conflicten en voorkomt dat transacties onnodig worden geblokkeerd.
- Geoptimaliseerde prestaties : Door de noodzaak van expliciete vergrendeling te vermijden, maakt MVCC snellere lees- en schrijfbewerkingen mogelijk. Dit leidt tot geoptimaliseerde prestaties, vooral in omgevingen met hoge gelijktijdigheid.
- Verbeterde isolatie : MVCC biedt isolatie tussen gelijktijdige transacties door momentopnamen te leveren die zijn afgestemd op de starttijd van elke transactie. Hierdoor kunnen transacties onafhankelijk en consistent werken zonder dat dit de weergave van de gegevens door andere transacties beïnvloedt.
Nadelen van MVCC
- Verhoogde opslagoverhead : MVCC vereist het onderhouden van meerdere versies van elk record, wat kan leiden tot verhoogde opslagoverhead. Maar deze overhead kan tot een acceptabel niveau worden teruggebracht door de opslag- en afvalinzamelingsmechanismen te optimaliseren.
- Complexe afvalinzameling : er is een geavanceerd afvalinzamelingsmechanisme nodig om verouderde recordversies te beheren die door MVCC zijn gemaakt. Dit kan leiden tot enige complexiteit in het databasesysteem, vooral in omgevingen met veel transacties.
- Verminderde consistentiegaranties in specifieke scenario's : MVCC kan in bepaalde gevallen leiden tot verminderde consistentiegaranties. Deze situaties doen zich doorgaans voor bij lees-schrijfconflicten of als het databasesysteem isolatieniveaus gebruikt die zwakkere consistentiegaranties bieden, zoals lees-vastgelegde en lees-niet-vastgelegde isolatieniveaus. Toch is dit over het algemeen een acceptabele afweging gezien de talrijke voordelen van MVCC.
Hoewel er enkele uitdagingen en complexiteiten verbonden zijn aan MVCC, biedt het een effectieve oplossing voor het beheren van gelijktijdigheid, het garanderen van gegevensconsistentie en het verbeteren van de prestaties in relationele databases. Door MVCC te begrijpen en correct te implementeren, kunnen ontwikkelaars en databasebeheerders gebruikers een naadloze en efficiënte database-ervaring bieden.
Populaire relationele databasesystemen die MVCC gebruiken
Verschillende populaire relationele databasebeheersystemen (RDBMS) maken gebruik van MVCC voor verbeterde gelijktijdigheid en prestatie-optimalisatie. Hier is een overzicht van enkele van de veelgebruikte systemen die MVCC implementeren.
PostgreSQL
Een van de toonaangevende open-source relationele databasesystemen, PostgreSQL , ondersteunt MVCC om transacties effectief te isoleren, gelijktijdigheid te optimaliseren en gegevensconsistentie te garanderen. PostgreSQL maakt gebruik van een snapshot-isolatietechniek die lees- en schrijftransacties scheidt en voor elke transactie verschillende data-snapshots bijhoudt. Deze aanpak vermindert het aantal lock-conflicten en zorgt ervoor dat meerdere transacties zonder vertraging tegelijkertijd kunnen worden uitgevoerd.
MySQL (InnoDB-opslagengine)
MySQL is een ander populair open-source relationeel databasesysteem. Hoewel de standaardopslagengine van MyISAM MVCC niet ondersteunt, implementeert de InnoDB-opslagengine, die ook wordt aanbevolen voor de meeste gebruiksscenario's, MVCC om de prestaties en gelijktijdigheid te verbeteren. Bij gebruik van InnoDB onderhoudt MySQL meerdere versies van de records om gelijktijdige lees- en schrijfbewerkingen mogelijk te maken, waardoor het aantal vergrendelingen wordt verminderd en de prestaties worden verbeterd.
Orakel
Oracle Database, een van de dominante commerciële databasesystemen, maakt gebruik van MVCC om de gegevensconsistentie te behouden en de prestaties te verbeteren. Oracle gebruikt een combinatie van lees- en schrijfconsistentiemechanismen, waardoor het lezers een consistente momentopname van de gegevens kan bieden, terwijl schrijvers de gegevens kunnen wijzigen zonder andere transacties te blokkeren.
Microsoft SQL Server (momentopname-isolatieniveau)
Microsoft SQL Server is een ander prominent commercieel RDBMS. Hoewel het standaard geen gebruik maakt van MVCC, ondersteunt het het Snapshot Isolation Level, dat het MVCC-model mogelijk maakt. Door gebruik te maken van snapshot-isolatie kan de SQL Server verschillende versies van gegevensrijen onderhouden, waardoor gelijktijdige lees- en schrijfbewerkingen mogelijk zijn met minder vergrendelingsconflicten en betere prestaties.
MVCC met AppMaster: profiteren van gelijktijdigheidscontrole
Het no-code- platform van AppMaster stelt ontwikkelaars in staat applicaties te creëren die naadloos kunnen samenwerken met relationele databases, inclusief databases die MVCC gebruiken voor gelijktijdigheidscontrole en prestatie-optimalisatie. Bewust zijn van de mogelijkheden van MVCC en deze effectief benutten is essentieel voor het bouwen van performante, schaalbare en efficiënte applicaties.
Met de visuele ontwikkelingstools van AppMaster kunnen ontwikkelaars het dataschema modelleren en ontwerpen, REST API's creëren en web- en mobiele applicatie-interfaces ontwerpen die naadloos samenwerken met relationele databases. Door AppMaster gegenereerde applicaties werken met elke PostgreSQL-compatibele database als primaire gegevensopslag, waardoor ontwikkelaars MVCC in PostgreSQL kunnen gebruiken.
Het platform van AppMaster genereert broncode voor backend-applicaties in Go (golang), webapplicaties met behulp van het Vue3- framework en mobiele applicaties met behulp van Kotlin en Jetpack Compose voor Android en SwiftUI voor iOS. Als de bedrijfslogica efficiënt is geïmplementeerd, kan uw applicatie op een performante en geoptimaliseerde manier met de database communiceren, terwijl de voordelen van MVCC op het gebied van gelijktijdigheidscontrole worden benut.
Toekomstige trends en innovaties
De wereld van databasebeheer evolueert voortdurend en MVCC blijft vooroplopen in deze ontwikkelingen. In moderne databasetechnologieën geven verschillende belangrijke trends en innovaties vorm aan de toekomst van MVCC en zijn toepassingen.
- MVCC in moderne databasetechnologieën: MVCC blijft een centraal kenmerk in moderne databasebeheersystemen. Naarmate de datavolumes groeien en de behoefte aan gelijktijdigheidscontrole steeds belangrijker wordt, investeren databaseleveranciers in het verbeteren van MVCC-implementaties. Er worden nieuwe algoritmen en optimalisaties ontwikkeld om ervoor te zorgen dat MVCC efficiënt blijft, zelfs in omgevingen met hoge doorvoer.
- Gevolgen voor schaalbaarheid en gedistribueerde systemen: Schaalbaarheid is een primaire zorg in de huidige data-intensieve toepassingen. De inherente ondersteuning van MVCC voor gelijktijdigheid maakt het zeer geschikt voor gedistribueerde databasesystemen. Nu organisaties steeds meer gedistribueerde architecturen adopteren om grote hoeveelheden data te verwerken, biedt MVCC de basis voor het handhaven van dataconsistentie en -isolatie tussen gedistribueerde knooppunten. Dit is vooral belangrijk in scenario's waarin gegevens tegelijkertijd vanuit meerdere geografische locaties moeten worden benaderd en aangepast.
- Evoluerende benaderingen van MVCC: Hoewel MVCC zijn waarde heeft bewezen, leiden voortdurend onderzoek en innovatie tot de ontwikkeling van nieuwe benaderingen en optimalisaties. Database-ingenieurs onderzoeken varianten van MVCC, zoals snapshot-isolatie en serialiseerbare snapshot-isolatie, om specifieke gebruiksscenario's aan te pakken en de prestaties te verfijnen. Deze evoluerende benaderingen balanceren sterke dataconsistentie en hoge gelijktijdigheid, waardoor databases zich kunnen aanpassen aan uiteenlopende applicatievereisten.
Een toewijding aan efficiëntie, schaalbaarheid en aanpassingsvermogen karakteriseert de toekomst van MVCC in relationele databases. Naarmate het volume en de complexiteit van data toenemen, blijft MVCC een hoeksteen van databasesystemen, waardoor de data-integriteit wordt gewaarborgd en de eisen van moderne applicaties worden ondersteund. Door evoluerende benaderingen te omarmen en de sterke punten van MVCC in gedistribueerde omgevingen te benutten, is de databasesfeer klaar voor voortdurende innovatie en verbetering.
Conclusie
Multiversion Concurrency Control (MVCC) is een cruciale techniek in relationele databasebeheersystemen om gegevensconsistentie te garanderen, vergrendelingsconflicten te verminderen en de prestaties te optimaliseren in scenario's met meerdere gelijktijdige transacties. Verschillende bekende databasesystemen, waaronder PostgreSQL, MySQL (InnoDB), Oracle en Microsoft SQL Server (snapshot-isolatieniveau), implementeren MVCC voor verbeterd gelijktijdigheidsbeheer.
Bij het ontwikkelen van applicaties die communiceren met relationele databases, is het van essentieel belang dat u de mogelijkheden van MVCC begrijpt en ervoor zorgt dat uw applicatie hiervan profiteert. Met het no-code platform van AppMaster kunt u applicaties bouwen die efficiënt kunnen werken met MVCC-compatibele databases, waardoor geoptimaliseerde prestaties en gelijktijdigheidscontrole worden geboden zonder dat uitgebreide handmatige tussenkomst nodig is.
