面试题：PostgreSQL中MVCC如何为SSI机制提供基础支持

Question

请阐述在PostgreSQL里，MVCC（多版本并发控制）的基本原理，以及它是怎样为SSI（Serializable Snapshot Isolation，可串行化快照隔离）机制提供基础支持的，比如在数据版本管理、事务隔离等方面的关联。

Answer 1

MVCC基本原理

1. 数据版本管理
   • 在PostgreSQL中，每行数据都有多个版本。当插入一条新记录时，系统会为该记录创建一个版本。每次对数据进行更新或删除操作时，不会直接修改原有数据版本，而是创建一个新的数据版本。
   • 每个版本都有两个重要的系统字段：xmin和xmax。xmin记录创建该版本的事务ID，xmax记录导致该版本失效（如更新或删除操作）的事务ID。如果xmax为0，则表示该版本当前有效。
2. 事务可见性规则
   • 当一个事务查询数据时，它只能看到在其启动之前已提交的事务创建的数据版本。如果一个数据版本的xmin对应的事务在当前事务启动时尚未提交，或者xmax对应的事务在当前事务启动前已提交且xmax不为0（表示该版本已被删除或更新），则该版本对当前事务不可见。
   • 例如，事务T1启动，在其启动后事务T2创建了一个数据版本V1，T1是看不到V1的。如果T2在T1启动前提交并创建了V1，且V1的xmax为0，那么T1可以看到V1。

MVCC对SSI机制的支持

1. 数据版本管理与SSI
   • 在SSI中，MVCC的数据版本管理为其提供了基础。由于MVCC允许多个事务同时操作不同版本的数据，这使得在快照隔离级别下，每个事务可以基于自己的快照（一组在事务启动时可见的数据版本）进行操作。
   • 例如，多个事务T1、T2、T3同时运行，每个事务都有自己基于MVCC的快照，它们可以并发地读取和修改不同版本的数据，而不会相互干扰。
2. 事务隔离与SSI
   • MVCC帮助实现了事务隔离，而SSI是在MVCC基础上进一步增强的事务隔离级别。MVCC通过事务可见性规则保证了读操作不会阻塞写操作，写操作也不会阻塞读操作，实现了基本的快照隔离。
   • SSI在此基础上，通过检测读写依赖关系来避免可能导致序列化异常的情况。例如，当一个事务读取数据版本后，另一个事务对该数据版本进行更新，SSI机制会检测到这种情况，如果不符合可串行化的要求，会回滚相关事务，从而保证事务的可串行化执行，而MVCC提供的多版本数据结构是实现这种检测和控制的基础。