面试题：PostgreSQL中MVCC如何保证事务的一致性

Question

在PostgreSQL的事务处理中，MVCC（多版本并发控制）起到关键作用。请阐述MVCC是怎样保证事务一致性的，例如在读写操作同时进行的场景下，MVCC机制如何确保数据状态对于每个事务都是一致且符合逻辑的。

Answer 1

MVCC保证事务一致性原理

1. 版本控制
   • 在PostgreSQL中，每一行数据在更新时，并不会直接覆盖旧数据，而是生成一个新版本。每个版本的数据都有相关的元数据，比如事务ID（xmin表示插入该版本的事务ID，xmax表示删除或更新该版本的事务ID）。
   • 例如，当一个事务T1插入一行数据时，该行数据的xmin就是T1的事务ID。如果后来事务T2更新这行数据，就会生成一个新的版本，新行的xmin是T2的事务ID，而旧行的xmax被设置为T2的事务ID。
2. 读操作
   • 当一个事务进行读操作时，它只会看到在其启动之前已经提交的事务对数据所做的修改。
   • 具体来说，对于每一行数据，读事务会根据数据版本的xmin和xmax来判断是否可以读取。如果xmin对应的事务已经提交且xmax为空或者xmax对应的事务未提交或已回滚，那么这行数据对于该读事务是可见的。
   • 例如，有事务T1插入数据，T2在T1提交后更新数据。此时事务T3启动进行读操作，T3会看到T2更新后的版本，因为T2的xmin对应的事务已提交且没有xmax（假设更新后未再有删除操作）。
3. 写操作
   • 写操作（插入、更新、删除）会创建新的数据版本。在更新或删除操作时，会先检查当前行数据的xmax是否为空。如果不为空，说明该行数据已被其他事务修改，当前事务需要处理这种情况（例如等待或回滚，取决于隔离级别）。
   • 例如，事务T4想要更新一行数据，发现该行数据的xmax不为空，表明有其他事务正在修改这行数据，T4可能需要等待，直到相关事务完成，以确保数据一致性。
4. 读写并发场景处理
   • 由于读操作不影响数据版本的生成，写操作生成新数据版本也不阻塞读操作。所以在读写同时进行的场景下，读操作总是读取到符合其事务启动时状态的数据版本，写操作创建新的数据版本不会干扰已启动的读操作。
   • 比如，多个读事务R1、R2在运行，同时有写事务W对数据进行修改。R1和R2读取到的数据版本是它们启动时的数据状态，而W创建的新数据版本不会影响R1和R2已经读取的数据，从而保证了数据状态对于每个事务都是一致且符合逻辑的。