PostgreSQL/MVCC

在几乎所有情况下，PostgreSQL 数据库必须支持许多客户端，这些客户端希望同时添加或更改数据。 这使得有必要保护并发运行的请求彼此不受影响 - 最好是不用阻塞它们。 可能会出现两种情况：两个客户端想要同时更改同一行，或者一个客户端想要撤销（回滚）他的更改，而另一个客户端可能已经尝试读取最新版本。

想象一下，一个在线商店提供最后一款商品。 两个客户端在他们的用户界面上显示该商品。 一段时间后，但同时，两个客户端都决定将该商品放入他们的购物车，甚至购买它。 两个人都看到了这件商品，但只允许其中一个人购买。 数据库必须强制执行请求的顺序，允许其中一个写入访问，阻止另一个写入，并通知被阻止的客户端数据已由其他进程更改，应重新读取。

PostgreSQL 实现了一种复杂的技术来处理并发访问，避免锁定：多版本并发控制 (MVCC)。 与锁定一行不同，MVCC 技术在数据更改发生时创建该行的最新版本。 “使用 MVCC... 而不是锁定的主要优势在于，在 MVCC 中，用于查询（读取）数据的锁不会与用于写入数据的锁冲突，因此读取永远不会阻塞写入，而写入永远不会阻塞读取。 PostgreSQL 即使在通过使用... 可序列化快照隔离 (SSI) 提供最严格的交易隔离级别时，也保持此保证”。

MVCC 的实现基于事务 ID (XID)。 集群中的每个事务都会获得一个唯一的顺序编号作为其 ID。 每个 INSERT、UPDATE 或 DELETE 命令都会将 XID 存储在受影响行的 xmin 或 xmax 中。 xmin、xmax 和一些其他系统列包含在每行中。 这两个列通常使用 SELECT * FROM ... 命令不可见。 但可以使用 SELECT xmin, xmax, * FROM ... 之类的命令读取它们。 xmin 列包含创建此行版本的交易的 XID，xmax 列包含删除此版本的交易的 XID，或者如果该版本未被删除，则为零。

那么，当写入访问发生时，具体发生了什么呢？ 下面的图形显示了关于 xmin、xmax 和常规应用程序数据的详细信息。

INSERT 命令创建行的第一个版本。 除了其应用程序数据“x”之外，此版本还包含创建交易 123 的 ID 在 xmin 中，而 0 在 xmax 中。 xmin 表示该版本自交易 123 以来存在，而 xmax 中的值 0 表示它当前未被删除。

稍后，交易 135 通过将应用程序数据从“x”更改为“y”来执行此行的 UPDATE。 根据 MVCC 原则，行旧版本的 data 不会更改。 值“x”保持原样。 只有 xmax 会更改为 135。 现在，此版本被视为仅对 XID 从 123 到 134 的交易有效。 除了保留旧版本的 data 外，UPDATE 还使用其 XID 在 xmin 中、0 在 xmax 中和“y”在应用程序 data 中 (以及旧版本中的所有其他应用程序 data) 创建完整行的最新版本。 此新行版本对所有将来的交易可见。 (在内部，UPDATE 命令充当 DELETE 命令，后跟 INSERT 命令。)

所有后续的 UPDATE 命令的行为与第一个命令相同：它们将其 XID 放入当前版本的 xmax 中，并使用其 XID 在 xmin 中和 0 在 xmax 中创建最新版本。

最后，DELETE 命令可能会删除一行。 即使在这种情况下，包括最新版本在内的行的所有版本都保留在数据库中 - 不会丢弃任何东西。 只有最后一个版本的 xmax 设置为 DELETE 交易的 XID，这表示它仅对 XID 较早的交易可见 - 在此示例中，从 142 到 820。

总之，MVCC 技术在表的堆文件中创建了越来越多相同行的版本，并将它们保留在那里，即使在 DELETE 命令之后也是如此。 只有最年轻的版本对所有未来的交易相关。 但该系统还必须在短时间内保留一些旧版本，因为它们可能仍然被早于删除交易并因此具有较小 XID 的交易请求。 随着时间的推移，即使是最旧的版本也对所有交易变得无关紧要，因此最终变得不再需要。 然而，它们确实物理地存在于磁盘上并占用空间。 它们被称为 死行，是所谓 膨胀 的一部分。

请记住

• xmin 和 xmax 指示交易可见行版本的范围。 此范围不暗示任何直接的时间含义。 XID 的顺序仅反映交易开始事件的顺序。
• 在内部，UPDATE 命令的行为与 DELETE 命令，后跟 INSERT 命令相同。
• 不会删除任何内容 - 这会导致数据库占用越来越多的磁盘空间。 很明显，这种行为必须以某种方式得到纠正。 下一章将解释 vacuum 和 autovacuum 如何完成此任务。

到目前为止，这仅仅是对 MVCC 原理的粗略描述。 该实现考虑了更多问题，例如

• ROLLBACK 命令可以撤销更改。
• 一段时间后，XID 序列可能会从零开始 (循环)。 在这种情况下，xmax 可能小于 xmin。

注意

XID 是序列 (在 9.4 之前的 PostgreSQL 版本中，有一个保留值来处理 循环)。 PostgreSQL 了解一些与事务及其 XID 相关的配置参数，其名称类似于 xxx_age，例如：vacuum_freeze_min_age。 对于此类参数，“年龄”不指定时间段，而是表示一定数量的事务，例如，1 亿。