Как MVCC работает в реляционных базах данных

Введение в управление многоверсионным параллелизмом (MVCC)

В современных системах баз данных параллелизм имеет решающее значение для обеспечения согласованности данных и производительности в среде, где одновременно происходит несколько транзакций. Одним из эффективных методов управления параллелизмом в реляционных базах данных является управление многоверсионным параллелизмом (MVCC). Этот подход поддерживает отдельные версии записей, позволяя читателям получать доступ к согласованному снимку базы данных, не блокируясь текущими операциями записи.

MVCC разрешает конфликты, создавая несколько версий записей без явных блокировок, тем самым уменьшая конфликты блокировок и повышая производительность. Это особенно важно в средах с большим количеством транзакций и параллелизмом, где данные часто изменяются. MVCC обеспечивает согласованность базы данных, позволяя транзакциям получать доступ только к действительным версиям записей на момент транзакции, не влияя на просмотр других параллельных транзакций.

Рабочий процесс MVCC: создание, обновление и удаление записей

Чтобы понять, как работает MVCC, мы рассмотрим процесс создания, обновления и удаления записей в системе, которая реализует этот метод управления параллелизмом.

1. Создание записей : когда новая запись вставляется в базу данных, MVCC присваивает этой записи уникальный идентификатор транзакции. Этот идентификатор используется для отслеживания версии записи на протяжении всего ее жизненного цикла.
2. Обновление записей . В случае обновления записей MVCC гарантирует, что разные транзакции могут изменять одну и ту же запись без конфликтов. Когда транзакция пытается обновить запись, система базы данных создает новую версию записи и присваивает ей идентификатор транзакции. Исходная версия записи остается нетронутой, что позволяет другим транзакциям получить к ней доступ. Новая версия записи действительна только для обновляющей транзакции и любых будущих транзакций, которые начнутся после завершения этой транзакции.
3. Удаление записей : когда транзакция удаляет запись, MVCC не удаляет запись напрямую из базы данных. Вместо этого он помечает запись как удаленную (путем присвоения идентификатора транзакции в качестве маркера удаления), сохраняя при этом предыдущие версии записи доступными для доступа других транзакций. Как только всем активным транзакциям больше не потребуется доступ к удаленной записи, система MVCC соберет мусор и окончательно удалит запись из базы данных.

Система базы данных может обеспечить согласованный снимок данных, адаптированный к потребностям различных транзакций, сохраняя несколько версий записей и соответствующие им идентификаторы транзакций. Активные транзакции получают доступ к самой последней версии записи, действующей на момент начала транзакции, обеспечивая согласованность и сериализацию без необходимости явных блокировок.

Плюсы и минусы MVCC: баланс производительности и согласованности

Хотя MVCC предоставляет ряд преимуществ, в том числе повышенную параллелизм и оптимизацию производительности, он также имеет некоторые ограничения. Давайте обсудим плюсы и минусы использования MVCC в системе реляционных баз данных.

Плюсы MVCC

• Повышенный параллелизм : MVCC позволяет одновременно выполнять несколько транзакций, предоставляя им чистый снимок данных. Это уменьшает конфликты блокировок и предотвращает ненужную блокировку транзакций.
• Оптимизированная производительность . Избегая необходимости явной блокировки, MVCC обеспечивает более быстрые операции чтения и записи. Это приводит к оптимизации производительности, особенно в средах с высоким уровнем параллелизма.
• Улучшенная изоляция : MVCC обеспечивает изоляцию между параллельными транзакциями, предоставляя снимки, адаптированные к времени начала каждой транзакции. Это позволяет транзакциям работать независимо и последовательно, не влияя на представление данных другими транзакциями.

Недостатки MVCC

• Увеличение накладных расходов на хранение . MVCC требует поддержки нескольких версий каждой записи, что может привести к увеличению накладных расходов на хранение. Но эти накладные расходы можно снизить до приемлемого уровня за счет оптимизации механизмов хранения и сборки мусора.
• Сложная сборка мусора . Для управления устаревшими версиями записей, созданными MVCC, необходим сложный механизм сборки мусора. Это может привести к некоторой сложности системы базы данных, особенно в средах с большим количеством транзакций.
• Сокращение гарантий согласованности в определенных сценариях . MVCC может привести к снижению гарантий согласованности в определенных случаях. Такие ситуации обычно возникают при конфликтах чтения и записи или если система базы данных использует уровни изоляции, которые обеспечивают более слабые гарантии согласованности, такие как уровни изоляции чтения-фиксации и чтения-нефиксации. Тем не менее, в целом это приемлемый компромисс, учитывая многочисленные преимущества MVCC.

Хотя с MVCC связаны некоторые проблемы и сложности, он предлагает эффективное решение для управления параллелизмом, обеспечения согласованности данных и повышения производительности в реляционных базах данных. Понимая и правильно реализуя MVCC, разработчики и администраторы баз данных могут предоставить пользователям бесперебойную и эффективную работу с базами данных.

Популярные системы реляционных баз данных, использующие MVCC

Несколько популярных систем управления реляционными базами данных (СУБД) используют MVCC для улучшения параллелизма и оптимизации производительности. Вот обзор некоторых широко используемых систем, реализующих MVCC.

PostgreSQL

PostgreSQL , одна из ведущих систем реляционных баз данных с открытым исходным кодом, поддерживает MVCC для эффективной изоляции транзакций, оптимизации параллелизма и обеспечения согласованности данных. PostgreSQL использует метод изоляции снимков, который разделяет транзакции чтения и записи и поддерживает разные снимки данных для каждой транзакции. Такой подход уменьшает конфликты блокировок и позволяет выполнять несколько транзакций одновременно без задержек.

Попробуйте no-code платформу AppMaster

AppMaster поможет создать любое веб, мобильное или серверное приложение в 10 раз быстрее и 3 раза дешевле

Начать бесплатно

MySQL (механизм хранения InnoDB)

MySQL — еще одна популярная система реляционных баз данных с открытым исходным кодом. Хотя механизм хранения MyISAM по умолчанию не поддерживает MVCC, механизм хранения InnoDB, который также рекомендуется для большинства случаев использования, реализует MVCC для повышения производительности и параллелизма. При использовании InnoDB MySQL поддерживает несколько версий записей, чтобы обеспечить одновременные операции чтения и записи, тем самым уменьшая конфликты блокировок и повышая производительность.

Оракул

Oracle Database, одна из доминирующих коммерческих систем баз данных, использует MVCC для обеспечения согласованности данных и повышения производительности. Oracle использует комбинацию механизмов согласованности чтения и записи, что позволяет предоставлять читателям согласованный снимок данных, в то же время позволяя авторам изменять данные, не блокируя другие транзакции.

Microsoft SQL Server (уровень изоляции моментального снимка)

Microsoft SQL Server — еще одна известная коммерческая СУБД. Хотя по умолчанию он не использует MVCC, он поддерживает уровень изоляции моментальных снимков, который включает модель MVCC. Используя изоляцию моментальных снимков, SQL Server может поддерживать разные версии строк данных, позволяя выполнять одновременные операции чтения и записи с уменьшением количества конфликтов блокировок и повышением производительности.

MVCC с AppMaster: использование преимуществ управления параллелизмом

Платформа AppMaster no-code позволяет разработчикам создавать приложения, которые могут беспрепятственно работать с реляционными базами данных, в том числе использующими MVCC для управления параллелизмом и оптимизации производительности. Знание возможностей MVCC и их эффективное использование крайне важно для создания производительных, масштабируемых и эффективных приложений.

Инструменты визуальной разработки AppMaster позволяют разработчикам моделировать и проектировать схему данных, создавать REST API и разрабатывать интерфейсы веб- и мобильных приложений, которые беспрепятственно работают с реляционными базами данных. Приложения, созданные AppMaster, работают с любой базой данных, совместимой с PostgreSQL, в качестве основного хранилища данных, гарантируя разработчикам возможность использовать MVCC в PostgreSQL.

Платформа AppMaster генерирует исходный код для серверных приложений на Go (golang), веб-приложений с использованием платформы Vue3 и мобильных приложений с использованием Kotlin и Jetpack Compose для Android и SwiftUI для iOS. Благодаря эффективной реализации бизнес-логики ваше приложение может эффективно и оптимизированно взаимодействовать с базой данных, одновременно используя преимущества MVCC для управления параллелизмом.

Будущие тенденции и инновации

Мир управления базами данных постоянно развивается, и MVCC остается в авангарде этих достижений. В современных технологиях баз данных несколько ключевых тенденций и инноваций формируют будущее MVCC и его приложений.

• MVCC в современных технологиях баз данных. MVCC остается центральной функцией современных систем управления базами данных. Поскольку объемы данных растут, а необходимость управления параллелизмом становится все более важной, поставщики баз данных инвестируют в улучшение реализации MVCC. Разрабатываются новые алгоритмы и оптимизации, обеспечивающие эффективность MVCC даже в средах с высокой пропускной способностью.
• Последствия для масштабируемости и распределенных систем. Масштабируемость является основной проблемой в современных приложениях с интенсивным использованием данных. Присущая MVCC поддержка параллелизма делает его хорошо подходящим для систем распределенных баз данных. Поскольку организации все чаще применяют распределенные архитектуры для обработки огромных объемов данных, MVCC обеспечивает основу для поддержания согласованности и изоляции данных на распределенных узлах. Это особенно важно в сценариях, когда данные необходимо получать и изменять одновременно из нескольких географических мест.
• Развитие подходов к MVCC. Хотя MVCC доказал свою ценность, текущие исследования и инновации приводят к разработке новых подходов и оптимизаций. Инженеры баз данных изучают варианты MVCC, такие как изоляция моментальных снимков и изоляция сериализуемых снимков, для решения конкретных случаев использования и точной настройки производительности. Эти развивающиеся подходы сочетают в себе высокую согласованность данных и высокий уровень параллелизма, позволяя базам данных адаптироваться к разнообразным требованиям приложений.

Приверженность эффективности, масштабируемости и адаптируемости характеризует будущее MVCC в реляционных базах данных. По мере роста объема и сложности данных MVCC остается краеугольным камнем систем баз данных, обеспечивая целостность данных и удовлетворяя требования современных приложений. Принимая развивающиеся подходы и используя сильные стороны MVCC в распределенных средах, сфера баз данных готова к постоянным инновациям и улучшениям.

Заключение

Управление многоверсионным параллелизмом (MVCC) — это важнейший метод в системах управления реляционными базами данных, обеспечивающий согласованность данных, уменьшение конфликтов блокировок и оптимизацию производительности в сценариях с несколькими одновременными транзакциями. Несколько известных систем баз данных, включая PostgreSQL, MySQL (InnoDB), Oracle и Microsoft SQL Server (уровень изоляции моментальных снимков), реализуют MVCC для улучшения управления параллелизмом.

При разработке приложений, взаимодействующих с реляционными базами данных, важно понимать возможности MVCC и убедиться, что ваше приложение использует их преимущества. Платформа AppMaster no-code позволяет создавать приложения, которые могут эффективно работать с базами данных с поддержкой MVCC, предлагая оптимизированную производительность и управление параллелизмом, не требуя обширного ручного вмешательства.