面试题：PostgreSQL Zheap引擎如何保证事务的隔离性

Question

详细说明PostgreSQL Zheap引擎通过哪些机制来确保事务之间的隔离性，在不同隔离级别下这些机制又是如何具体运作的。

Answer 1

事务隔离性机制

1. 多版本并发控制（MVCC）：
   • PostgreSQL Zheap引擎主要依靠MVCC来确保事务之间的隔离性。MVCC允许事务在不阻塞其他事务读取的情况下进行并发操作。
   • 每个数据行在更新时，旧版本的数据并不会立即删除，而是保留下来，通过一个版本链来管理。这样不同事务可以根据自己的可见性规则，读取到适合版本的数据行，从而实现并发控制。
2. 事务ID（XID）：
   • 每个事务都有一个唯一的事务ID（XID）。事务在开始时被分配一个XID，这个XID用于标记事务对数据的修改。
   • 当一个事务读取数据时，它会根据自己的XID和数据行的XID以及相关的可见性规则，决定是否可以看到该数据行的版本。

不同隔离级别下的具体运作

1. 读未提交（Read Uncommitted）：
   • 事务可以读取其他未提交事务修改的数据。
   • 在这种隔离级别下，MVCC的可见性规则放宽，事务不需要考虑数据行是否被其他未提交事务修改，直接读取最新版本的数据，即使该事务尚未提交。
2. 读已提交（Read Committed）：
   • 事务只能读取已提交事务修改的数据。
   • 当事务读取数据时，MVCC机制会检查数据行的XID。如果数据行的XID对应的事务已经提交，那么该数据行对当前事务可见；如果对应的事务未提交，那么当前事务会沿着版本链寻找最近的已提交版本的数据行。
3. 可重复读（Repeatable Read）：
   • 在一个事务内多次读取相同数据时，读到的数据是一致的，不受其他并发事务提交的影响。
   • 事务开始时，会记录当前系统中所有活跃的事务ID（即未提交的事务ID）。当事务读取数据时，MVCC机制会根据开始时记录的活跃事务ID列表来判断数据行的可见性。如果数据行的XID不在活跃事务ID列表中（即对应的事务已提交），且该数据行版本创建时间在当前事务开始之前，那么该数据行对当前事务可见。这样就保证了在事务内多次读取相同数据时，读到的数据是一致的。
4. 可串行化（Serializable）：
   • 模拟事务串行执行，确保事务之间不会产生数据竞争导致的不一致问题。
   • PostgreSQL通过对每个事务进行排序，并基于MVCC机制实现可串行化。事务在开始时，会获取一个唯一的时间戳（通过内部机制生成，类似于事务的开始顺序）。当事务读取或修改数据时，MVCC机制不仅要考虑数据行的XID可见性，还要根据事务的时间戳来判断是否会产生冲突。如果检测到可能导致数据不一致的冲突（例如，两个事务在不同顺序下对同一数据进行读写操作），其中一个事务会被回滚，以确保事务的执行顺序如同串行执行一样。