MVCC ทำงานอย่างไรในฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์

ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับการควบคุมการเกิดพร้อมกันหลายเวอร์ชัน (MVCC)

ในระบบฐานข้อมูลสมัยใหม่ การทำงานพร้อมกันถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลมีความสอดคล้องและประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมที่มีธุรกรรมหลายรายการเกิดขึ้นพร้อมกัน เทคนิคหนึ่งที่มีประสิทธิภาพในการจัดการภาวะพร้อมกันใน ฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ คือ Multiversion Concurrency Control (MVCC) วิธีการนี้จะรักษาเวอร์ชันของบันทึกที่แยกจากกัน ช่วยให้ผู้อ่านสามารถเข้าถึงสแน็ปช็อตฐานข้อมูลที่สอดคล้องกัน โดยไม่ถูกบล็อกโดยการดำเนินการเขียนที่กำลังดำเนินอยู่

MVCC แก้ไขข้อขัดแย้งโดยการสร้างบันทึกหลายเวอร์ชันโดยไม่มีการล็อกที่ชัดเจน ซึ่งช่วยลดความขัดแย้งในการล็อกและปรับปรุงประสิทธิภาพ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีการทำธุรกรรมสูงและเกิดพร้อมกันสูงซึ่งมีการแก้ไขข้อมูลบ่อยครั้ง MVCC รับประกันความสอดคล้องของฐานข้อมูลโดยอนุญาตให้ธุรกรรมเข้าถึงเฉพาะเวอร์ชันบันทึกที่ถูกต้อง ณ เวลาที่ธุรกรรม โดยไม่กระทบต่อมุมมองของธุรกรรมอื่นๆ ที่เกิดขึ้นพร้อมกัน

เวิร์กโฟลว์ MVCC: การสร้าง การอัปเดต และการลบบันทึก

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานของ MVCC เราจะดำเนินการตามกระบวนการสร้าง อัปเดต และลบบันทึกในระบบที่ใช้เทคนิคการควบคุมการทำงานพร้อมกันนี้

1. การสร้างบันทึก : เมื่อมีการแทรกบันทึกใหม่ลงในฐานข้อมูล MVCC จะกำหนดรหัสธุรกรรมเฉพาะให้กับบันทึก รหัสนี้ใช้เพื่อติดตามเวอร์ชันของเรกคอร์ดตลอดวงจรการใช้งาน
2. การอัปเดตบันทึก : ในกรณีของการอัปเดตบันทึก MVCC ตรวจสอบให้แน่ใจว่าธุรกรรมที่แตกต่างกันสามารถแก้ไขบันทึกเดียวกันได้โดยไม่มีข้อขัดแย้ง เมื่อธุรกรรมพยายามอัพเดตบันทึก ระบบฐานข้อมูลจะสร้างเวอร์ชันใหม่ของบันทึกและกำหนด ID ของธุรกรรมให้กับมัน เวอร์ชันดั้งเดิมของบันทึกจะไม่มีการแตะต้อง ทำให้ธุรกรรมอื่นๆ สามารถเข้าถึงได้ เรกคอร์ดเวอร์ชันใหม่ใช้ได้เฉพาะกับธุรกรรมที่อัปเดตและธุรกรรมในอนาคตใดๆ ที่เริ่มต้นหลังจากธุรกรรมนี้เสร็จสมบูรณ์แล้วเท่านั้น
3. การลบบันทึก : เมื่อธุรกรรมลบบันทึก MVCC จะไม่ลบบันทึกออกจากฐานข้อมูลโดยตรง แต่จะทำเครื่องหมายเรกคอร์ดว่าถูกลบแล้ว (โดยการกำหนด ID ของธุรกรรมเป็นเครื่องหมายลบ) ขณะเดียวกันก็รักษาเวอร์ชันเรกคอร์ดก่อนหน้าให้สามารถเข้าถึงได้โดยธุรกรรมอื่น ๆ เมื่อธุรกรรมที่ใช้งานอยู่ทั้งหมดไม่ต้องการการเข้าถึงบันทึกที่ถูกลบอีกต่อไป ระบบ MVCC จะรวบรวมขยะและลบบันทึกออกจากฐานข้อมูลอย่างถาวร

ระบบฐานข้อมูลสามารถจัดเตรียมภาพรวมที่สอดคล้องกันของข้อมูลที่ปรับให้เหมาะกับความต้องการของธุรกรรมที่แตกต่างกัน โดยการเก็บบันทึกหลายเวอร์ชันและ ID ธุรกรรมที่เกี่ยวข้อง ธุรกรรมที่ใช้งานอยู่จะเข้าถึงเวอร์ชันบันทึกล่าสุดที่ถูกต้อง ณ เวลาเริ่มต้นของธุรกรรม ทำให้มั่นใจถึงความสอดคล้องและการออกอนุกรมโดยไม่ต้องมีการล็อคอย่างชัดเจน

MVCC ข้อดีและข้อเสีย: การสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและความสม่ำเสมอ

แม้ว่า MVCC จะให้ประโยชน์หลายประการ รวมถึงการทำงานพร้อมกันที่เพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพที่ปรับให้เหมาะสม แต่ก็มีข้อจำกัดบางประการเช่นกัน เรามาหารือถึงข้อดีข้อเสียของการใช้ MVCC ในระบบฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์

ข้อดีของ MVCC

• การทำงานพร้อมกันที่เพิ่มขึ้น : MVCC อนุญาตให้ธุรกรรมหลายรายการทำงานพร้อมกันโดยจัดเตรียมสแนปชอตของข้อมูลที่สะอาด ซึ่งจะช่วยลดความขัดแย้งในการล็อค ป้องกันไม่ให้ธุรกรรมถูกบล็อกโดยไม่จำเป็น
• ประสิทธิภาพที่ปรับให้เหมาะสม : ด้วยการหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการล็อคอย่างชัดเจน MVCC ช่วยให้สามารถอ่านและเขียนได้เร็วขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่ประสิทธิภาพที่ได้รับการปรับปรุง โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีการทำงานพร้อมกันสูง
• การแยกที่ได้รับการปรับปรุง : MVCC ให้การแยกระหว่างธุรกรรมที่เกิดขึ้นพร้อมกันโดยการส่งสแน็ปช็อตที่ปรับให้เหมาะกับเวลาเริ่มต้นของแต่ละธุรกรรม ซึ่งช่วยให้ธุรกรรมสามารถดำเนินการได้อย่างอิสระและสม่ำเสมอ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการดูข้อมูลของธุรกรรมอื่นๆ

ข้อเสียของ MVCC

• ค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บที่เพิ่มขึ้น : MVCC จำเป็นต้องดูแลรักษาแต่ละบันทึกหลายเวอร์ชัน ซึ่งอาจส่งผลให้ค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บเพิ่มขึ้น แต่ค่าใช้จ่ายนี้สามารถลดลงให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้โดยการเพิ่มประสิทธิภาพกลไกการจัดเก็บและการเก็บขยะ
• การรวบรวมขยะที่ซับซ้อน : จำเป็นต้องมีกลไกการรวบรวมขยะที่ซับซ้อนเพื่อจัดการเวอร์ชันบันทึกที่ล้าสมัยที่สร้างโดย MVCC ซึ่งอาจนำไปสู่ความซับซ้อนในระบบฐานข้อมูล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีการทำธุรกรรมสูง
• การรับประกันความสอดคล้องที่ลดลงในสถานการณ์เฉพาะ : MVCC สามารถนำไปสู่การรับประกันความสอดคล้องที่ลดลงได้ในบางกรณี สถานการณ์เหล่านี้มักเกิดขึ้นในข้อขัดแย้งในการอ่าน-เขียน หรือหากระบบฐานข้อมูลใช้ระดับการแยกที่ให้การรับประกันความสอดคล้องที่อ่อนแอกว่า เช่น ระดับการแยกที่ยอมรับในการอ่าน และการอ่านที่ไม่มีข้อผูกมัด อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว นี่เป็นการแลกเปลี่ยนที่ยอมรับได้เมื่อพิจารณาถึงประโยชน์มากมายของ MVCC

แม้ว่าจะมีความท้าทายและความซับซ้อนบางประการที่เกี่ยวข้องกับ MVCC แต่ก็มอบโซลูชันที่มีประสิทธิภาพสำหรับการจัดการภาวะพร้อมกัน รับรองความสอดคล้องของข้อมูล และปรับปรุงประสิทธิภาพในฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ ด้วยการทำความเข้าใจและใช้งาน MVCC อย่างเหมาะสม นักพัฒนาและผู้ดูแลระบบฐานข้อมูลสามารถมอบประสบการณ์ฐานข้อมูลที่ราบรื่นและมีประสิทธิภาพแก่ผู้ใช้

ระบบฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ยอดนิยมที่ใช้ MVCC

ระบบจัดการฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ (RDBMS) ที่ได้รับความนิยมหลายระบบใช้ MVCC เพื่อปรับปรุงการทำงานพร้อมกันและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน นี่คือภาพรวมของระบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายบางส่วนที่ใช้ MVCC

PostgreSQL

PostgreSQL หนึ่งในระบบฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์แบบโอเพ่นซอร์สชั้นนำ รองรับ MVCC เพื่อแยกธุรกรรมอย่างมีประสิทธิภาพ เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานพร้อมกัน และรับประกันความสอดคล้องของข้อมูล PostgreSQL ใช้เทคนิคการแยกสแนปช็อตที่แยกธุรกรรมการอ่านและเขียน และรักษาสแนปช็อตข้อมูลที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละธุรกรรม วิธีการนี้ช่วยลดความขัดแย้งในการล็อคและช่วยให้ธุรกรรมหลายรายการดำเนินการพร้อมกันได้โดยไม่ชักช้า

MySQL (เครื่องมือจัดเก็บข้อมูล InnoDB)

MySQL เป็นอีกหนึ่งระบบฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์โอเพ่นซอร์สยอดนิยม แม้ว่ากลไกการจัดเก็บข้อมูลเริ่มต้นของ MyISAM จะไม่รองรับ MVCC แต่กลไกการจัดเก็บข้อมูล InnoDB ซึ่งได้รับการแนะนำสำหรับกรณีการใช้งานส่วนใหญ่เช่นกัน จะนำ MVCC ไปใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและการทำงานพร้อมกัน เมื่อใช้ InnoDB นั้น MySQL จะรักษาบันทึกหลายเวอร์ชันเพื่อให้สามารถอ่านและเขียนพร้อมกันได้ ซึ่งช่วยลดความขัดแย้งในการล็อคและปรับปรุงประสิทธิภาพ

ออราเคิล

Oracle Database หนึ่งในระบบฐานข้อมูลเชิงพาณิชย์ที่มีอำนาจเหนือกว่า ใช้ MVCC เพื่อรักษาความสอดคล้องของข้อมูลและปรับปรุงประสิทธิภาพ Oracle ใช้กลไกความสอดคล้องในการอ่านและเขียนร่วมกัน ช่วยให้ผู้อ่านสามารถสแนปช็อตของข้อมูลที่สอดคล้องกัน ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้ผู้เขียนแก้ไขข้อมูลโดยไม่ปิดกั้นธุรกรรมอื่นๆ

Microsoft SQL Server (ระดับการแยกสแนปชอต)

Microsoft SQL Server เป็นอีกหนึ่ง RDBMS เชิงพาณิชย์ที่โดดเด่น แม้ว่าจะไม่ได้ใช้ MVCC ตามค่าเริ่มต้น แต่ก็รองรับ Snapshot Isolation Level ซึ่งเปิดใช้งานโมเดล MVCC ด้วยการใช้การแยกสแนปช็อต ทำให้ SQL Server สามารถรักษาเวอร์ชันต่างๆ ของแถวข้อมูล ทำให้สามารถดำเนินการอ่านและเขียนพร้อมกันโดยลดการโต้แย้งการล็อกและประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น

MVCC พร้อม AppMaster: การใช้ประโยชน์จากการควบคุมการทำงานพร้อมกัน

แพลตฟอร์ม แบบไม่มีโค้ด ของ AppMaster ช่วยให้นักพัฒนาสามารถสร้างแอปพลิเคชันที่สามารถทำงานได้อย่างราบรื่นกับฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ รวมถึงแอปพลิเคชันที่ใช้ MVCC เพื่อควบคุมการทำงานพร้อมกันและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน การตระหนักถึงความสามารถของ MVCC และการใช้ประโยชน์อย่างมีประสิทธิผลถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสร้างแอปพลิเคชันที่มีประสิทธิภาพ ปรับขนาดได้ และมีประสิทธิภาพ

เครื่องมือพัฒนาภาพของ AppMaster ช่วยให้นักพัฒนาสามารถสร้างแบบจำลองและออกแบบสคีมาข้อมูล สร้าง REST API และออกแบบอินเทอร์เฟซแอปพลิเคชันบนเว็บและมือถือที่ทำงานร่วมกับฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ได้อย่างราบรื่น แอปพลิเคชันที่สร้างโดย AppMaster ทำงานร่วมกับฐานข้อมูลที่เข้ากันได้กับ PostgreSQL เป็นที่จัดเก็บข้อมูลหลัก เพื่อให้มั่นใจว่านักพัฒนาจะสามารถใช้ MVCC ใน PostgreSQL ได้

แพลตฟอร์มของ AppMaster สร้างซอร์สโค้ดสำหรับแอปพลิเคชันแบ็กเอนด์ใน Go (golang) เว็บแอปพลิเคชันที่ใช้เฟรมเวิร์ก Vue3 และแอปพลิเคชันมือถือที่ใช้ Kotlin และ Jetpack Compose สำหรับ Android และ SwiftUI สำหรับ iOS ด้วยการใช้ตรรกะทางธุรกิจอย่างมีประสิทธิภาพ แอปพลิเคชันของคุณสามารถโต้ตอบกับฐานข้อมูลในลักษณะที่มีประสิทธิภาพและเหมาะสมที่สุด ในขณะเดียวกันก็ใช้ประโยชน์จาก MVCC สำหรับการควบคุมการทำงานพร้อมกัน

แนวโน้มและนวัตกรรมในอนาคต

โลกของการจัดการฐานข้อมูลมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และ MVCC ยังคงอยู่ในแถวหน้าของความก้าวหน้าเหล่านี้ ในเทคโนโลยีฐานข้อมูลสมัยใหม่ แนวโน้มและนวัตกรรมที่สำคัญหลายประการกำลังกำหนดอนาคตของ MVCC และแอปพลิเคชัน

• MVCC ในเทคโนโลยีฐานข้อมูลสมัยใหม่: MVCC ยังคงเป็นคุณลักษณะหลักในระบบการจัดการฐานข้อมูลสมัยใหม่ เมื่อปริมาณข้อมูลเพิ่มขึ้นและความจำเป็นในการควบคุมการทำงานพร้อมกันมีความสำคัญมากขึ้น ผู้จำหน่ายฐานข้อมูลจึงลงทุนในการปรับปรุงการใช้งาน MVCC อัลกอริธึมและการเพิ่มประสิทธิภาพใหม่กำลังได้รับการพัฒนาเพื่อให้แน่ใจว่า MVCC ยังคงมีประสิทธิภาพแม้ในสภาพแวดล้อมที่มีปริมาณงานสูง
• ผลกระทบต่อความสามารถในการขยายขนาดและระบบแบบกระจาย: ความสามารถในการขยายขนาดเป็นปัญหาหลักในแอปพลิเคชันที่เน้นข้อมูลในปัจจุบัน การสนับสนุนการทำงานพร้อมกันโดยธรรมชาติของ MVCC ทำให้เหมาะสำหรับระบบฐานข้อมูลแบบกระจาย เนื่องจากองค์กรต่างๆ นำสถาปัตยกรรมแบบกระจายมาใช้ในการจัดการข้อมูลจำนวนมหาศาลมากขึ้น MVCC จึงเป็นรากฐานสำหรับการรักษาความสอดคล้องและการแยกข้อมูลระหว่างโหนดแบบกระจาย นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่จำเป็นต้องเข้าถึงและแก้ไขข้อมูลจากที่ตั้งทางภูมิศาสตร์หลายแห่งพร้อมกัน
• การพัฒนาแนวทางสู่ MVCC: แม้ว่า MVCC ได้พิสูจน์คุณค่าแล้ว แต่การวิจัยและนวัตกรรมอย่างต่อเนื่องกำลังนำไปสู่การพัฒนาแนวทางใหม่และการเพิ่มประสิทธิภาพ วิศวกรฐานข้อมูลกำลังสำรวจรูปแบบต่างๆ ของ MVCC เช่น การแยกสแนปช็อตและการแยกสแนปช็อตแบบอนุกรม เพื่อจัดการกับกรณีการใช้งานเฉพาะและปรับแต่งประสิทธิภาพ แนวทางที่พัฒนาเหล่านี้สร้างความสมดุลระหว่างความสอดคล้องของข้อมูลที่แข็งแกร่งและการทำงานพร้อมกันในระดับสูง ช่วยให้ฐานข้อมูลสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการของแอปพลิเคชันที่หลากหลาย

ความมุ่งมั่นต่อประสิทธิภาพ ความสามารถในการขยายขนาด และความสามารถในการปรับตัวเป็นลักษณะเฉพาะของ MVCC ในอนาคตในฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ เมื่อข้อมูลมีปริมาณและความซับซ้อนเพิ่มขึ้น MVCC ยังคงเป็นรากฐานสำคัญของระบบฐานข้อมูล ซึ่งรับประกันความสมบูรณ์ของข้อมูลและรองรับความต้องการของแอปพลิเคชันสมัยใหม่ ด้วยการยอมรับแนวทางการพัฒนาและการใช้ประโยชน์จากจุดแข็งของ MVCC ในสภาพแวดล้อมแบบกระจาย ฐานข้อมูลทรงกลมจึงพร้อมสำหรับนวัตกรรมและการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง

บทสรุป

Multiversion Concurrency Control (MVCC) เป็นเทคนิคสำคัญในระบบการจัดการฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์เพื่อให้มั่นใจในความสอดคล้องของข้อมูล ลดการแย่งชิงการล็อก และปรับประสิทธิภาพให้เหมาะสมในสถานการณ์ที่มีธุรกรรมหลายรายการพร้อมกัน ระบบฐานข้อมูลที่มีชื่อเสียงหลายระบบ รวมถึง PostgreSQL, MySQL (InnoDB), Oracle และ Microsoft SQL Server (ระดับการแยกสแนปชอต) ใช้ MVCC เพื่อการจัดการการทำงานพร้อมกันที่ได้รับการปรับปรุง

เมื่อพัฒนาแอปพลิเคชันที่โต้ตอบกับฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าใจความสามารถของ MVCC และให้แน่ใจว่าแอปพลิเคชันของคุณใช้ประโยชน์จากความสามารถเหล่านั้น แพลตฟอร์ม no-code ของ AppMaster ช่วยให้คุณสร้างแอปพลิเคชันที่สามารถทำงานกับฐานข้อมูลที่เปิดใช้งาน MVCC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยให้ประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุดและการควบคุมการทำงานพร้อมกันโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงด้วยตนเองอย่างกว้างขวาง