分布式系统原理之7 基于MVCC的分布式事务

向右看齐 2022-05-23 07:27 140阅读 0赞

# 分布式系统原理 #

## 基于MVCC的分布式事务 ##

实现分布式事务除了使用类似“两阶段提交”协议等方式外，另一种简单高效的方式就是使用**MVCC**(Multi-version Cocurrent Control，多版本并发控制)技术\[3\]\[5\]。

### 1. MVCC简介 ###

顾名思义，MVCC 即多个不同版本的数据实现并发控制的技术，其基本思想是为每次事务生成一个新版本的数据，在读数据时选择不同版本的数据即可以实现对事务结果的完整性读取。在使用MVCC 时，每个事务都是基于一个已生效的基础版本进行更新，事务可以并行进行，从而可以产生一种图状结构。

MVCC 的流程过程非常类似于 SVN 等版本控制系统的流程，或者说 SVN 等版本控制系统就是使用的 MVCC 思想。

### 2. 分布式 MVCC ###

分布式 MVCC 的重点不在于并发控制，而在于**实现分布式事务**。

假设在一个分布式系统中，更新操作以事务进行，每个事务包括若干个对不同节点的不同更新操作。更新事务必须具有原子性，即事务中的所有更新操作要么同时在各个节点生效，要么都不生效。假设不存在并发的事务，即上一个事务成功提交后才进行下一个事务。

例如，用（site, k, op, oprd）表示在 site 节点上对变量 k 进行 op 操作，操作数为 oprd。那么一个典型的事务可能是\{(site\_A, var1, add, 10), (site\_B, var2, sub, 1), (site\_A, var3, set, 2)\}，这个事务在site\_A 上将变量 var1 加 10，将变量 var3 设置为 2，在 site\_B 上将变量 var2 减 1。

基于 MVCC 的分布式事务的方法为：为每个事务分配一个递增的事务编号，这个编号也代表了数据的版本号。当事务在各个节点上执行时，各个节点只需记录更新操作及事务编号，当事务在各个节点都完成后，在全局元信息中记录本次事务的编号。在读取数据时，先读取元信息中已成功的最大事务编号，再于各个节点上读取数据，只读取更新操作编号小于等于最后最大已成功提交事务编号的操作，并将这些操作应用到基础数据形成读取结果。

例 2.7.1：假设系统中有两个节点 A、B。节点 A、节点 B 状态如下表

1. 若此时全局元信息中的最大的生效事务序号为 1，则在节点 A 上：var1=1，var2=2，在节点 B上：var3 =2；  
2. 若此时全局元信息中的最大的生效事务序号为 2，则在节点 A 上：var1= 1+2=3，var2=2，在节点 B 上：var3=2，var4=1；

从这个例子可以看出，每个节点上保存了对数据的更新操作，也就是数据的增量（delta），从而可以在读取数据时将应用不同的更新操作得出不同的数据版本。上例中，计算编号小于等于 1 的事务操作得出的数据即为版本号为 1 的数据，计算编号小于等于 2 的事务操作得出的数据即为版本号为 2 的数据。在新事务执行过程中，虽然更新操作已经逐步记录到各个节点，但只要全局元信息不修改，始终不会读到没有生效的事务数据，从而实现了全局一致性。另外，由于数据具有多个版本，可以自然实现对历史版本数据的读取。

上述方法的一个重要问题是，随着执行的事务越来越多，各个站点保存的更新操作会越来越多，读取数据时需要应用的更新操作也越来越多。工程中可以对此周期性的启动合并操作，将历史上不再需要的版本合并为一个更新操作。例如，对例 2.7.1 中事务序号小于等于 2 的操作进行合并，合并后的节点状态如下表：

这里合并后事务序号设置为合并使用的事务序号。如果节点中存在序号大于 2 的操作，则需要保留这些操作不参与合并。

**参考：《分布式系统原理介绍》 - 刘杰**