PostgreSQL中的多版本并发控制-MVCC

数据库在并发操作下，如果数据正在写，而用户又在读，可能会出现数据不一致的问题，
比如一行数据只写入了前半部分，后半部分还没有写入，而此时用户读取这行数据时就会出现前半部分是新数据，
后半部分是旧数据的现象，造成前后数据不一致问题，解决这个问题最好的方法就是读写加锁，写的时候不允许读，
读的时候不允许写，不过这样就降低了数据库的并发性能，因此便引入了MVCC的概念，
它的目的便是实现读写事务相互不阻塞，从而提高数据库的并发性能。

实现MVCC的机制有两种:

1、写入数据时，把旧版本数据移到其他地方，如回滚等操作，在回滚中把数据读出来。

2、写入数据库时，保留旧版本的数据，并插入新数据

像oracle数据库使用的是第一种方式，postgresql使用的是第二种方式。

1、事务ID
 在postgresql中，每个事务都存在一个唯一的ID，也称为xid,可通过txid_current()函数获取当前的事务ID
2、tupe
每一行数据，称为一行元祖，一个tupe
3、ctid
tuple中的隐藏字段，代表tuple的物理位置
4、xmin
tuple 中的隐藏字段，在创建一个tuple时，记录此值为当前的事务ID
5、xmax
tuple 中的隐藏字段，默认为0，在删除时，记录此值为当前的事务的ID
6、cmin/cmax
tuple中的隐藏字段，表示同一个事务中多个语句的顺序，从0开始
1.4 MVCC的工作机制
Postgresql中的MVCC就是通过以上几个隐藏字段协作同实现的，下面举几个例子来看下工作机制

1、首先我们开启事务插入一条数据，其中ctid代表数据的物理位置，xmin为当前事务ID，xmax为0

postgres=# create table test(id int,name varchar(50));
CREATE TABLE
postgres=# begin transaction;
BEGIN
postgres=# select txid_current();
 txid_current 
--------------
 535
(1 row)
postgres=# insert into test(id,name) values(1,'a');
INSERT 0 1
postgres=# insert into test(id,name) values(2,'b');
INSERT 0 1
postgres=# select ctid,xmin,xmax,cmin,cmax,* from test;
 ctid | xmin | xmax | cmin | cmax | id | name 
-------+------+------+------+------+----+------
 (0,1) | 535 | 0 | 0 | 0 | 1 | a
 (0,2) | 535 | 0 | 1 | 1 | 2 | b
(2 rows)
postgres=# commit;
COMMIT
postgres=# select ctid,xmin,xmax,cmin,cmax,* from test;
 ctid | xmin | xmax | cmin | cmax | id | name 
-------+------+------+------+------+----+------
 (0,1) | 535 | 0 | 0 | 0 | 1 | a
 (0,2) | 535 | 0 | 1 | 1 | 2 | b
(2 rows)
继续在上一个事务中再插入一条数据，因为在同一个事务中，可以看到cmin，cmax按顺序增长

修改ID为1的数据name为d,此时ID为1的ctid变为了(0,4),同时开启另外一个窗口，可以看到ID为1的xmax标识为修改数据时的事务ID，既代表词条tuple已删除。

-- 第一个窗口
postgres=# insert into test(id,name) values(3,'c');
postgres=# begin transaction;
BEGIN
postgres=# select txid_current();
 txid_current 
--------------
 537
(1 row)
postgres=# update test set name = 'd' where id ='1';
UPDATE 1
postgres=# select ctid,xmin,xmax,cmin,cmax,* from test;
 ctid | xmin | xmax | cmin | cmax | id | name 
-------+------+------+------+------+----+------
 (0,2) | 535 | 0 | 1 | 1 | 2 | b
 (0,3) | 536 | 0 | 0 | 0 | 3 | c
 (0,4) | 537 | 0 | 0 | 0 | 1 | d
(3 rows)
-- 第二个窗口
postgres=# begin transaction;
BEGIN
postgres=# select txid_current();
 txid_current 
--------------
 538
(1 row)
postgres=# select ctid,xmin,xmax,cmin,cmax,* from test;
 ctid | xmin | xmax | cmin | cmax | id | name 
-------+------+------+------+------+----+------
 (0,1) | 535 | 537 | 0 | 0 | 1 | a
 (0,2) | 535 | 0 | 1 | 1 | 2 | b
 (0,3) | 536 | 0 | 0 | 0 | 3 | c
(3 rows)
第一个窗口connit后在第二个窗口查询显示
postgres=# select ctid,xmin,xmax,cmin,cmax,* from test;
 ctid | xmin | xmax | cmin | cmax | id | name 
-------+------+------+------+------+----+------
 (0,2) | 535 | 0 | 1 | 1 | 2 | b
 (0,3) | 536 | 0 | 0 | 0 | 3 | c
 (0,4) | 537 | 0 | 0 | 0 | 1 | d
(3 rows)

删除ID为1的数据,另开启一个窗口，可以看到ID为1的xmax为删除操作的事务ID，代表此条tuple删除。

-- 第一个窗口操作如下
postgres=# begin transaction;
BEGIN
postgres=# select txid_current();
 txid_current 
--------------
 539
(1 row)
postgres=# delete from test where id = 1;
DELETE 1
postgres=# select ctid,xmin,xmax,cmin,cmax,* from test;
 ctid | xmin | xmax | cmin | cmax | id | name 
-------+------+------+------+------+----+------
 (0,2) | 535 | 0 | 1 | 1 | 2 | b
 (0,3) | 536 | 0 | 0 | 0 | 3 | c
(2 rows)
-- 第二个窗口操作如下
postgres=# begin transaction;
BEGIN
postgres=# select txid_current();
 txid_current 
--------------
 541
(1 row)
postgres=# select ctid,xmin,xmax,cmin,cmax,* from test;
 ctid | xmin | xmax | cmin | cmax | id | name 
-------+------+------+------+------+----+------
 (0,2) | 535 | 0 | 1 | 1 | 2 | b
 (0,3) | 536 | 0 | 0 | 0 | 3 | c
 (0,4) | 537 | 539 | 0 | 0 | 1 | d
(3 rows)
-- 第一个窗口提交事务,第二个不提交事务,查看第二个窗口的数据信息
-- 第一个窗口操作
postgres=# commit;
COMMIT
-- 查看第二个窗口信息
postgres=# select ctid,xmin,xmax,cmin,cmax,* from test;
 ctid | xmin | xmax | cmin | cmax | id | name 
-------+------+------+------+------+----+------
 (0,2) | 535 | 0 | 1 | 1 | 2 | b
 (0,3) | 536 | 0 | 0 | 0 | 3 | c
(2 rows)

1、数据文件中同一逻辑行存在多个版本

2、每个版本通过隐藏字段记录着它的创建事务的ID，删除事务ID等信息

3、通过一定的逻辑保证每个事务能够看到一个特定的版本

读写事务工作在不同的版本上，以保证读写不冲突。