CN110955672A - 面向乐观并发控制的多版本支持方法及系统 - Google Patents

面向乐观并发控制的多版本支持方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种面向乐观并发控制的多版本支持方法及系统，包括：初始时间戳获取步骤；第一时间戳更新步骤；时间戳增加步骤；第一时间戳写回步骤；第二时间戳写回步骤；第二时间戳更新步骤；读取快照步骤；该方法及系统利用乐观并发控制的特点，高效的获取事务的时间戳；在多版本数据库中，为只读事务选取合适的数据读取版本，为读写事务选取合适的数据写入版本，使得只读事务不会受到读写事务读写冲突的影响。和传统乐观并发控制方法相比，极大的提升了只读事务的执行性能；和传统时间戳方法相比，减少了网络通信和和去除了性能瓶颈。

Description

面向乐观并发控制的多版本支持方法及系统
技术领域
本发明涉及并发控制方法领域，具体地，涉及一种面向乐观并发控制的多版本支持方法及系统，尤其是一种多版本数据库提供并发控制来提供可序列化。
背景技术
数据库事务极大的简化了开发人员对数据库存储内容的修改：开发人员无需担忧并发情况下数据内容和查询结果的正确性，和数据存储状态的一致性。这样，开发人员只需要关注应用开发的逻辑即可。然而，通常对于数据库事务来说，很难做到高效的并发控制。这是由于事务访问数据之间需要进行同步来检测不一致的状态，造成额外的开销。乐观并发控制是一种常见的并发控制方法。由于他的根本方法是乐观的；因此，当数据的冲突访问变多的时候，事务会因为不断被中断导致性能低下。然而，数据冲突并不罕见，尤其是当事务执行的时间变长，访问的数据变多的时候。有研究表明，只读事务一般会比较受到冲突的影响，这是由于只读事务的查询更加复杂，访问更多的数据。除此之外，乐观并发控制需要两轮网络通信去执行，一轮去读取，一轮去验证；在分布式环境下造成一轮额外的通信开销。多版本数据库能够有效的解决这些问题：数据会储存为多个快照，每次只读事务只需要一轮通信去访问特定的快照即可。由于每个快照的数据都是一致的，因此无需一轮额外的通信去验证只读事务执行的一致性。同时，由于读写事务可以修改不同的快照，读写事务和只读事务之间不会造成冲突。多版本数据库需要一个时间戳来为快照编号，同时只读事务需要一个之间戳来选择合适的快照去读取。然而，如何为分布式数据库高效的并且一致的管理时间戳是一个具有挑战的问题。由于不同机器间的物理时钟很难同步，因此时间戳通常在分布式环境下由一个额外的服务器进行管理。然而，一个额外的服务器会成为性能瓶颈，同时和时间戳服务器的通信也会给事务带来额外的网络开销。
专利文献109558249A公开了一种并发操作的控制方法及装置，涉及数据处理技术领域，为解决现有的通过令牌发送方式控制多个线程并发操作时，当发送令牌控制中心出现故障时造成的并发操作混乱无序的问题。本发明的方法包括：接收多个数据处理请求；将全部所述多个线程添加至等待队列中；从所述多个数据处理请求中携带的多个标识信息中提取第一标识信息；在预置时间间隔后触发与所述第一标识信息对应的线程对所述数据进行处理。该专利在高效的并发控制方面仍然有提升的空间。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种面向乐观并发控制的多版本支持方法及系统。
根据本发明提供的一种面向乐观并发控制的多版本支持方法，包括：初始时间戳获取步骤：事务开始时，为事务获取一个时间戳；第一时间戳更新步骤：读写事务使用乐观并发控制进行读写操作，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值；时间戳增加步骤：将事务时间戳增加(例如将时间戳加一；)，获取时间戳增加信息；第一时间戳写回步骤：读写事务利用乐观并发控制验证事务，获取验证事务信息；根据验证事务信息，将事务时间戳写回到事务执行中的只读数据中；第二时间戳写回步骤：根据时间戳增加信息，读写事务利用乐观并发控制提交事务，将事务的时间戳写回到事务执行中修改的数据中；第二时间戳更新步骤：只读事务读取需要的数据前，将数据时间戳更新为大于或者等于事务时间戳的设定值，获取第二时间戳更新信息；根据第二时间戳更新信息，只读事务读取需要的数据；读取快照步骤：判断当前事务要读取的数据上锁状态，获取数据上锁信息或者数据未上锁信息；根据数据上锁信息，释放只读事务当前读取数据锁，获取只读事务当前读取数据锁释放信息；根据只读事务当前读取数据锁释放信息，使用传统的多版本数据库读取快照的方法，使用事务时间戳读取一个快照，获取快照信息。
优选地，初始时间戳获取步骤包括：第一初始时间戳获取步骤：只读事务开始时，为只读事务获取一个时间戳；第二初始时间戳获取步骤：读写事务开始时，为读写事务获取一个时间戳。
优选地，第一时间戳更新步骤包括：顺序时间戳更新步骤包括：在使用乐观并发控制读取/修改完数据之后，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值。
优选地，读取快照步骤包括：直接读取步骤：根据数据未上锁信息，则直接进行数据读取。
优选地，事务时间戳为以下任一种时间戳：-系统当前物理时钟时间戳；-值为0的时间戳。
根据本发明提供的一种面向乐观并发控制的多版本支持系统，包括：初始时间戳获取模块：事务开始时，为事务获取一个时间戳；第一时间戳更新模块：读写事务使用乐观并发控制进行读写操作，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值；时间戳增加模块：将事务时间戳增加，获取时间戳增加信息；第一时间戳写回模块：读写事务利用乐观并发控制验证事务，获取验证事务信息；根据验证事务信息，将事务时间戳写回到事务执行中的只读数据中；第二时间戳写回模块：根据时间戳增加信息，读写事务利用乐观并发控制提交事务，将事务的时间戳写回到事务执行中修改的数据中；第二时间戳更新模块：只读事务读取需要的数据前，将数据时间戳更新为大于或者等于事务时间戳的设定值，获取第二时间戳更新信息；根据第二时间戳更新信息，只读事务读取需要的数据；读取快照模块：判断当前事务要读取的数据上锁状态，获取数据上锁信息或者数据未上锁信息；根据数据上锁信息，释放只读事务当前读取数据锁，获取只读事务当前读取数据锁释放信息；根据只读事务当前读取数据锁释放信息，使用传统的多版本数据库读取快照的系统，使用事务时间戳读取一个快照，获取快照信息。
优选地，初始时间戳获取模块包括：第一初始时间戳获取模块：只读事务开始时，为只读事务获取一个时间戳；第二初始时间戳获取模块：读写事务开始时，为读写事务获取一个时间戳。
优选地，第一时间戳更新模块包括：顺序时间戳更新模块包括：在使用乐观并发控制读取/修改完数据之后，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值。
优选地，读取快照模块包括：直接读取模块：根据数据未上锁信息，则直接进行数据读取。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明在使用乐观并发控制的数据库上支持多版本数据库，并提供可序列化的隔离级别；
2、本发明中，用来支持多版本的时间戳的获取和更新方法和原先乐观并发控制方法相比非常小；
3、本发明中，时间戳以分布式的方式进行获取，避免了分布式系统中的性能瓶颈；
4、本发明中，只读事务不会受到读写事务的冲突影响，不会被中断。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明的框架示意图。
图3为本发明实施例中的数据存储结构示意图。
图4为本发明实施例中的本发明针对乐观并发控制的各个步骤的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1、图2、图3、图4所示，根据本发明提供的一种面向乐观并发控制的多版本支持方法，包括：初始时间戳获取步骤：事务开始时，为事务获取一个时间戳；第一时间戳更新步骤：读写事务使用乐观并发控制进行读写操作，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值；时间戳增加步骤：将事务时间戳增加(例如将时间戳加一；)，获取时间戳增加信息；第一时间戳写回步骤：读写事务利用乐观并发控制验证事务，获取验证事务信息；根据验证事务信息，将事务时间戳写回到事务执行中的只读数据中；第二时间戳写回步骤：根据时间戳增加信息，读写事务利用乐观并发控制提交事务，将事务的时间戳写回到事务执行中修改的数据中；第二时间戳更新步骤：只读事务读取需要的数据前，将数据时间戳更新为大于或者等于事务时间戳的设定值，获取第二时间戳更新信息；根据第二时间戳更新信息，只读事务读取需要的数据；读取快照步骤：判断当前事务要读取的数据上锁状态，获取数据上锁信息或者数据未上锁信息；根据数据上锁信息，释放只读事务当前读取数据锁，获取只读事务当前读取数据锁释放信息；根据只读事务当前读取数据锁释放信息，使用传统的多版本数据库读取快照的方法，使用事务时间戳读取一个快照，获取快照信息。
本发明提出了一种新的管理时间戳的方法，借助乐观并发控制的方法来管理时间戳；读写事务在事务执行的过程中推导事务的时间戳，只读事务可以使用任意的时间戳。这样有效的避免了中心的时间戳服务器，同时高效的为乐观并发控制提供了多版本的数据库支持。该方法利用乐观并发控制的特点，高效的获取事务的时间戳；在多版本数据库中，为只读事务选取合适的数据读取版本，为读写事务选取合适的数据写入版本，使得只读事务不会受到读写事务读写冲突的影响。和传统乐观并发控制方法相比，极大的提升了只读事务的执行性能；和传统时间戳方法相比，减少了网络通信和和去除了性能瓶颈。
优选地，初始时间戳获取步骤包括：第一初始时间戳获取步骤：只读事务开始时，为只读事务获取一个时间戳；第二初始时间戳获取步骤：读写事务开始时，为读写事务获取一个时间戳。
优选地，第一时间戳更新步骤包括：顺序时间戳更新步骤包括：在使用乐观并发控制读取/修改完数据之后，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值。
优选地，读取快照步骤包括：直接读取步骤：根据数据未上锁信息，则直接进行数据读取。
优选地，事务时间戳为以下任一种时间戳：-系统当前物理时钟时间戳；-值为0的时间戳。
具体地，在一个实施例中，如图3，数据存储的结构采取的是多版本数据库的存储方式。在多版本数据库中，数据会有多份拷贝(data)，对应不同时间的修改以及修改时的版本(new_ver)。数据间由指针相连接(old_ver)，使得数据库可以找到一个数据对应的所有版本。这里采用了最常见的多版本数据存储方式：数据的最新版本储存在数据库存储中，其他版本被最新版本指向。和多版本数据库存储方式不同的是，本实施例中需要在数据的最新版本中额外存储一个时间戳(ts)。这个时间戳是一个计算机整数。
如图4(a)所示，事务开始时，事务获取一个时间戳作为事务的初始时间戳。这个时间戳可以为0，也可以为计算机系统当前的物理时钟。
如图4(b)所示，事务使用乐观并发控制对数据进行读写时，乐观并发控制首先将数据读取，并缓存在事务本地。如果是写操作，事务的写操作也会被一起缓存。在使用乐观并发控制完成对数据的读写操作之后，本发明需要额外将事务的时间戳更新为不比读写的数据的小。通常这一操作可以使用MAX操作符达到。
如图4(c)所示，只读事务读取数据时，首先事务更新数据的时间戳，使得数据的时间戳不会比事务的时间戳小。这一步通常也可以由MAX操作符完成。这一步完成之后，事务等待当前需要读取的数据的锁被释放，之后使用传统的多版本数据库中的数据读取方式，使用事务的时间戳读取一个数据的合适版本。
如图4(d)所示，事务提交前，需要为自身确定一个合适的(比之前读写数据都大的)时间戳。因此，事务将自身时间戳增加1。
如图4(e)所示，事务在使用乐观并发控制时，需要对事务的读集合进行验证来判断事务是否可以被提交。在这一步之前，本发明需要将事务的时间戳写入读数据中，所示。其余步骤同原先的乐观并发控制。
本领域技术人员可以将本发明提供的面向乐观并发控制的多版本支持方法，理解为本发明提供的面向乐观并发控制的多版本支持系统的一个实施例。即，所述面向乐观并发控制的多版本支持系统可以通过执行所述面向乐观并发控制的多版本支持方法的步骤流程实现。
根据本发明提供的一种面向乐观并发控制的多版本支持系统，包括：初始时间戳获取模块：事务开始时，为事务获取一个时间戳；第一时间戳更新模块：读写事务使用乐观并发控制进行读写操作，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值；时间戳增加模块：将事务时间戳增加，获取时间戳增加信息；第一时间戳写回模块：读写事务利用乐观并发控制验证事务，获取验证事务信息；根据验证事务信息，将事务时间戳写回到事务执行中的只读数据中；第二时间戳写回模块：根据时间戳增加信息，读写事务利用乐观并发控制提交事务，将事务的时间戳写回到事务执行中修改的数据中；第二时间戳更新模块：只读事务读取需要的数据前，将数据时间戳更新为大于或者等于事务时间戳的设定值，获取第二时间戳更新信息；根据第二时间戳更新信息，只读事务读取需要的数据；读取快照模块：判断当前事务要读取的数据上锁状态，获取数据上锁信息或者数据未上锁信息；根据数据上锁信息，释放只读事务当前读取数据锁，获取只读事务当前读取数据锁释放信息；根据只读事务当前读取数据锁释放信息，使用传统的多版本数据库读取快照的系统，使用事务时间戳读取一个快照，获取快照信息。
优选地，初始时间戳获取模块包括：第一初始时间戳获取模块：只读事务开始时，为只读事务获取一个时间戳；第二初始时间戳获取模块：读写事务开始时，为读写事务获取一个时间戳。
优选地，第一时间戳更新模块包括：顺序时间戳更新模块包括：在使用乐观并发控制读取/修改完数据之后，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值。
优选地，读取快照模块包括：直接读取模块：根据数据未上锁信息，则直接进行数据读取。
本发明在使用乐观并发控制的数据库上支持多版本数据库，并提供可序列化的隔离级别；本发明中，用来支持多版本的时间戳的获取和更新方法和原先乐观并发控制方法相比非常小；本发明中，时间戳以分布式的方式进行获取，避免了分布式系统中的性能瓶颈；本发明中，只读事务不会受到读写事务的冲突影响，不会被中断。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种面向乐观并发控制的多版本支持方法，其特征在于，包括：
初始时间戳获取步骤：事务开始时，为事务获取一个时间戳；
第一时间戳更新步骤：读写事务使用乐观并发控制进行读写操作，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值；
时间戳增加步骤：将事务时间戳增加，获取时间戳增加信息；
第一时间戳写回步骤：读写事务利用乐观并发控制验证事务，获取验证事务信息；
根据验证事务信息，将事务时间戳写回到事务执行中的只读数据中；
第二时间戳写回步骤：根据时间戳增加信息，读写事务利用乐观并发控制提交事务，将事务的时间戳写回到事务执行中修改的数据中；
第二时间戳更新步骤：只读事务读取需要的数据前，将数据时间戳更新为大于或者等于事务时间戳的设定值，获取第二时间戳更新信息；
根据第二时间戳更新信息，只读事务读取数据；
读取快照步骤：判断当前事务要读取的数据上锁状态，获取数据上锁信息或者数据未上锁信息；
根据数据上锁信息，释放只读事务当前读取数据锁，获取只读事务当前读取数据锁释放信息；
根据只读事务当前读取数据锁释放信息，使用事务时间戳读取一个快照，获取快照信息。
2.根据权利要求1所述的面向乐观并发控制的多版本支持方法，其特征在于，初始时间戳获取步骤包括：
第一初始时间戳获取步骤：只读事务开始时，为只读事务获取一个时间戳；
第二初始时间戳获取步骤：读写事务开始时，为读写事务获取一个时间戳。
3.根据权利要求1所述的面向乐观并发控制的多版本支持方法，其特征在于，第一时间戳更新步骤包括：
顺序时间戳更新步骤包括：在使用乐观并发控制读取/修改完数据之后，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值。
4.根据权利要求1所述的面向乐观并发控制的多版本支持方法，其特征在于，读取快照步骤包括：
直接读取步骤：根据数据未上锁信息，则直接进行数据读取。
5.根据权利要求1所述的面向乐观并发控制的多版本支持方法，其特征在于，事务时间戳为以下任一种时间戳：
-系统当前物理时钟时间戳；
-值为0的时间戳。
6.一种面向乐观并发控制的多版本支持系统，其特征在于，包括：
初始时间戳获取模块：事务开始时，为事务获取一个时间戳；
第一时间戳更新模块：读写事务使用乐观并发控制进行读写操作，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值；
时间戳增加模块：将事务时间戳增加，获取时间戳增加信息；
第一时间戳写回模块：读写事务利用乐观并发控制验证事务，获取验证事务信息；
根据验证事务信息，将事务时间戳写回到事务执行中的只读数据中；
第二时间戳写回模块：根据时间戳增加信息，读写事务利用乐观并发控制提交事务，将事务的时间戳写回到事务执行中修改的数据中；
第二时间戳更新模块：只读事务读取需要的数据前，将数据时间戳更新为大于或者等于事务时间戳的设定值，获取第二时间戳更新信息；
根据第二时间戳更新信息，只读事务读取数据；
读取快照模块：判断当前事务要读取的数据上锁状态，获取数据上锁信息或者数据未上锁信息；
根据数据上锁信息，释放只读事务当前读取数据锁，获取只读事务当前读取数据锁释放信息；
根据只读事务当前读取数据锁释放信息，系统使用事务时间戳读取一个快照，获取快照信息。
7.根据权利要求6所述的面向乐观并发控制的多版本支持系统，其特征在于，初始时间戳获取模块包括：
第一初始时间戳获取模块：只读事务开始时，为只读事务获取一个时间戳；
第二初始时间戳获取模块：读写事务开始时，为读写事务获取一个时间戳。
8.根据权利要求6所述的面向乐观并发控制的多版本支持系统，其特征在于，第一时间戳更新模块包括：
顺序时间戳更新模块包括：在使用乐观并发控制读取/修改完数据之后，将事务时间戳更新为大于或者等于数据时间戳的设定值。
9.根据权利要求6所述的面向乐观并发控制的多版本支持系统，其特征在于，读取快照模块包括：
直接读取模块：根据数据未上锁信息，则直接进行数据读取。
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