面试题：PostgreSQL的SSI如何处理读写冲突

Question

在PostgreSQL的SSI机制下，当出现读写冲突时，系统是通过什么具体的算法和流程来解决冲突的？请详细描述，包括可能涉及到的事务状态变化和日志记录等方面。

Answer 1

1. 读写冲突解决算法及流程

1. 检测冲突
   • 在PostgreSQL的可串行化快照隔离（SSI）机制下，当一个事务执行读操作时，它会基于当前的快照读取数据。而写操作会在提交时检查是否与其他并发事务存在冲突。
   • 具体地，写事务在提交前会对其修改的每个数据项（元组）进行检查。它会检查在该数据项上，是否存在其他并发事务在该写事务开始之后启动的读操作。如果存在这样的读操作，就检测到了读写冲突。
2. 解决冲突 - 回滚写事务
   • 一旦检测到读写冲突，PostgreSQL通常会选择回滚写事务。这是因为在可串行化隔离级别下，要保证事务的可串行化执行顺序，写操作对数据的修改可能会影响到其他并发读操作的一致性，所以回滚写事务可以避免这种不一致的情况发生。
   • 例如，事务T1在修改数据项A，而事务T2在T1开始之后启动并读取了数据项A，当T1提交时检测到这种情况，T1就会被回滚。

2. 事务状态变化

1. 正常状态
   • 事务开始时处于活动（Active）状态，在这个状态下，事务可以执行各种读写操作。例如，事务T执行一系列的SELECT、UPDATE等语句，此时T处于活动状态。
2. 检测到冲突后的状态变化
   • 当写事务检测到读写冲突时，它的状态会从活动状态转变为回滚（Rollback）状态。例如上面提到的事务T1检测到冲突后，进入回滚状态。
   • 一旦进入回滚状态，系统会撤销该事务对数据所做的所有修改，将数据恢复到事务开始前的状态。完成回滚后，事务进入已终止（Terminated）状态。

3. 日志记录方面

1. 预写式日志（WAL）
   • PostgreSQL使用预写式日志（Write - Ahead Logging，WAL）机制。在事务执行过程中，所有对数据的修改都会先记录到WAL日志中。例如，事务T1对数据项A进行修改，修改操作会先写入WAL日志。
   • 当事务检测到读写冲突并进入回滚状态时，系统会根据WAL日志中的记录来撤销事务对数据的修改。WAL日志包含了足够的信息，如修改前的数据值等，以便进行回滚操作。
2. 日志记录的顺序及作用
   • WAL日志记录按照事务操作的顺序依次写入。在回滚过程中，系统从最新的日志记录开始，逆向处理日志记录，将数据恢复到事务开始前的状态。例如，如果事务T1依次修改了数据项A、B、C，那么WAL日志中也按此顺序记录，回滚时就按C、B、A的顺序恢复数据。同时，在整个过程中，日志记录也用于崩溃恢复等其他功能，确保系统在故障后能恢复到故障前的一致性状态。