面试题：PostgreSQL Zheap引擎串行化隔离级别下的潜在异常及解决策略

Question

在PostgreSQL Zheap引擎的串行化隔离级别下，可能会出现诸如写偏斜（Write Skew）等异常情况。请详细分析写偏斜产生的原因、场景，并阐述PostgreSQL针对此类异常采取了哪些检测和解决策略，以及这些策略对系统性能和可用性的影响。

Answer 1

写偏斜产生的原因

1. 并发事务操作：在串行化隔离级别下，理论上事务应串行执行，但数据库系统为了提高并发性能，会采用一些优化手段。当多个事务并发执行时，若事务之间存在特定的数据依赖关系，就可能导致写偏斜。
2. 缺乏足够的锁机制：传统的锁机制如果没有全面覆盖所有可能的依赖关系，就会出现漏洞。例如，事务只对自己直接操作的数据加锁，而未对相关联但未直接操作的数据加锁，当其他事务修改这些关联数据时，就可能引发写偏斜。

写偏斜产生的场景

假设银行账户系统中有两个账户A和B，总金额需要保持一定的平衡。

1. 事务T1：读取账户A的余额，根据业务逻辑进行一些计算，准备更新账户A的余额，但还未提交。
2. 事务T2：同时读取账户B的余额，同样进行一些计算，准备更新账户B的余额，也未提交。
3. 并发执行：由于两个事务没有直接对对方操作的数据加锁，当T1更新A余额，T2更新B余额后，可能导致总金额平衡被打破，这就是写偏斜的场景。

PostgreSQL检测策略

1. SIREAD（Serializable Snapshot Isolation Read）：PostgreSQL使用SIREAD来检测写偏斜。在事务开始时，会记录一个快照，该快照包含事务开始时所有已提交的数据版本。在事务执行过程中，每次读取数据时，不仅会检查数据版本，还会检查是否存在可能导致写偏斜的并发事务。
2. 冲突检测：当事务准备提交时，PostgreSQL会检查事务执行期间读取的数据是否被其他并发事务修改。如果发现冲突，就判定可能存在写偏斜。

PostgreSQL解决策略

1. 回滚：一旦检测到写偏斜，PostgreSQL会回滚其中一个事务。通常会选择回滚最晚开始的事务，以最小化对系统并发性能的影响。
2. 重试：被回滚的事务可以由应用程序重新发起，重新执行整个事务逻辑，从而保证数据的一致性。

对系统性能的影响

1. 开销增加：检测机制需要额外的存储空间来记录快照，并且每次读取和提交操作都需要进行冲突检测，这增加了CPU和I/O开销。
2. 并发度降低：由于可能会回滚事务，并发事务的执行效率会受到影响，特别是在高并发场景下，事务回滚的概率增加，导致整体性能下降。

对系统可用性的影响

1. 稳定性提升：通过检测和解决写偏斜，保证了数据的一致性，使得系统在数据层面更加稳定可靠。
2. 短暂不可用：事务回滚和重试过程中，可能会导致部分业务操作短暂不可用，尤其是对于对实时性要求较高的业务，可能会有一定影响，但从长远来看，保证了系统整体的可用性和数据正确性。