面试题：MongoDB事务生命周期内的并发控制与资源管理

Question

当多个事务并发执行时，MongoDB是如何进行并发控制以确保事务的隔离性的？在事务生命周期内，资源（如锁）是如何分配和管理的？如果出现死锁，MongoDB有哪些机制来检测和处理？

Answer 1

并发控制确保事务隔离性

1. 多文档事务：MongoDB 4.0 及以上版本支持多文档事务。它采用两阶段锁（2PL）机制来确保事务的隔离性。在事务开始时，并不会立即获取所有需要的锁，而是在执行过程中，当访问到某个文档时，才获取相应的锁。
2. 锁粒度：MongoDB 的锁粒度相对较粗，主要是数据库级别的锁。在一个事务中，如果对多个文档进行操作，这些操作会在同一个数据库级别锁的保护下进行，以防止其他并发事务对相同数据库中的文档进行冲突操作。
3. 隔离级别：MongoDB 的多文档事务默认提供“读已提交”隔离级别。在这种隔离级别下，一个事务只能读取已经提交的其他事务的修改。这意味着在事务执行过程中，对数据的读取不会看到未提交的修改，从而保证了事务之间的数据隔离。

事务生命周期内资源分配与管理

1. 锁的分配：
   • 开始阶段：事务开始时，MongoDB 会在内存中记录事务的状态和相关信息。随着事务对文档的操作，逐步分配锁。例如，当事务第一次尝试读取或写入某个文档时，会获取该文档所在数据库的锁。
   • 升级锁：如果事务最初以共享锁（读锁）访问文档，之后又需要对该文档进行写入操作，锁会升级为排他锁（写锁）。这种升级操作会阻塞其他事务对该文档的读或写操作，直到当前事务完成或释放锁。
2. 锁的管理：
   • 持有锁：在整个事务生命周期内，MongoDB 会一直持有已获取的锁，以确保事务操作的原子性和隔离性。只有当事务提交或回滚时，才会释放所有持有的锁。
   • 锁队列：当多个事务竞争同一资源（如数据库锁）时，MongoDB 会使用队列来管理等待获取锁的事务。先请求锁的事务会在队列中排在前面，按照顺序获取锁。

死锁检测与处理

1. 死锁检测：MongoDB 采用等待图（Wait - for Graph，WFG）算法来检测死锁。等待图记录了事务之间的锁依赖关系，即哪些事务在等待其他事务释放锁。MongoDB 的后台线程会定期检查等待图，如果发现图中存在环，就意味着发生了死锁。
2. 死锁处理：一旦检测到死锁，MongoDB 会选择一个事务作为“牺牲者”（通常选择事务开销最小的，如执行操作最少的事务）。然后，终止这个“牺牲者”事务，并回滚其所有操作，释放它持有的所有锁。这样，其他事务就可以继续执行，从而打破死锁状态。同时，应用程序会收到相应的错误信息，提示事务因死锁被终止，应用程序可以选择重新执行该事务。