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面试题:PostgreSQL中锁与MVCC交互机制的基本原理

请简要阐述PostgreSQL中锁机制与MVCC(多版本并发控制)交互机制的基本原理,说明它们是如何协同工作以保证数据一致性和并发性能的。
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数据库PostgreSQL

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面试题答案

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1. 锁机制原理

  • 共享锁(Share Lock,S锁):用于读操作。多个事务可以同时持有同一资源的共享锁,这样多个事务能并发读取数据,保证数据一致性,不会相互干扰。例如,事务A对表中某一行数据加共享锁读取,事务B也可以加共享锁读取该行数据。
  • 排他锁(Exclusive Lock,X锁):用于写操作。当一个事务对资源加排他锁时,其他事务不能再对该资源加任何锁,防止其他事务并发修改数据,保证写操作的原子性和数据一致性。比如,事务C对某一行数据加排他锁进行修改,其他事务在此期间不能对该行数据进行读写操作。

2. MVCC原理

  • 版本号:PostgreSQL为每个数据行维护多个版本。每当数据行被修改,就会生成一个新版本,同时保留旧版本。每个版本都有一个与之关联的事务ID,表明该版本是由哪个事务创建的。
  • 可见性判断:当一个事务读取数据时,根据事务的启动时间和数据版本的事务ID来判断数据的可见性。如果数据版本的事务ID在当前事务启动之前提交,且该版本未被后续事务删除或覆盖,那么该版本对当前事务可见;否则不可见。例如,事务D启动后,只可见在它启动前已提交事务产生的数据版本。

3. 协同工作机制

  • 读操作:读操作默认使用MVCC机制,不会获取锁。通过MVCC的可见性判断,事务能快速读取到符合其启动时间的数据版本,提高并发性能。即使有其他事务正在对数据进行修改(加排他锁),读操作也不受影响,不会发生读阻塞,保证了高并发读性能。
  • 写操作:写操作需要获取排他锁,防止其他事务并发修改。在获取排他锁成功后,创建数据新版本,旧版本保留。同时,写操作会更新相关元数据,记录事务ID等信息,以便MVCC进行可见性判断。当写操作完成并提交事务后,新的数据版本对后续启动的事务可见。
  • 数据一致性保证:锁机制通过对写操作加排他锁,防止并发写冲突,保证数据的原子性修改;MVCC通过版本控制和可见性判断,确保每个事务看到的数据状态是一致的,不会出现脏读、不可重复读等问题。两者协同工作,在保证数据一致性的同时,提高了系统的并发性能。