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面试题:PostgreSQL Zheap引擎中事务槽如何参与并发控制

在PostgreSQL的Zheap引擎中,事务槽在并发控制方面起到了关键作用。请阐述事务槽的基本概念,以及它是怎样具体参与到并发控制流程中的,比如在读写操作时事务槽如何协同工作以保证数据一致性。
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数据库PostgreSQL

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事务槽基本概念

事务槽(Transaction Slot)是PostgreSQL中用于跟踪事务状态的数据结构。每个事务在启动时会被分配一个事务槽,它记录了事务的标识符(XID,Transaction ID)以及事务的当前状态,如活跃、已提交或已回滚等。这些事务槽存储在共享内存中,所有后端进程都可以访问,用于协调并发事务。

事务槽在并发控制流程中的作用

  1. 读操作
    • 快照隔离:当一个事务开始读取数据时,PostgreSQL会创建一个事务快照。这个快照包含了当前活跃事务的XID列表,这些活跃事务是由事务槽标识的。
    • 数据可见性判断:对于每个要读取的元组(行数据),系统会检查元组头部的XMIN(创建该元组的事务ID)和XMAX(删除或更新该元组的事务ID,如果存在)。如果XMIN不在快照的活跃事务列表中,且XMAX要么不存在,要么在快照的活跃事务列表中且状态为已回滚,那么该元组对当前事务可见。事务槽通过提供活跃事务信息,帮助系统准确判断数据的可见性,从而保证读操作能获取到一致性的数据视图,避免脏读、不可重复读等问题。
  2. 写操作
    • 锁机制协同:在写操作开始时,事务会获取相应数据行或页面的锁。事务槽与锁机制紧密配合,确保并发事务之间的写操作不会相互干扰。例如,当一个事务尝试更新某一行数据时,它会检查目标行的XMAX是否为当前活跃事务的XID(若XMAX存在且事务未提交,说明该行正在被其他事务修改)。如果是,当前事务可能需要等待,直到持有锁的事务提交或回滚。事务槽的状态信息帮助判断目标数据是否正被其他活跃事务修改,以此决定当前写操作的执行时机。
    • 事务提交与更新:当一个事务准备提交时,它会将其事务槽状态标记为已提交。随后,系统会基于事务槽的状态更新相关数据结构,例如清理不再需要的锁,以及更新其他事务的快照以反映该事务的提交状态。这确保了其他事务在后续操作中能正确处理已提交事务的影响,维持数据的一致性。