mvcc多版本并发的实现

GaussDB 的多版本并发控制（MVCC）机制通过结合多版本并发控制和两阶段锁（2PL）来实现高效的事务并发处理。以下是其具体实现方式：

1. 基本原理

• 多版本并发控制（MVCC）：MVCC 通过为每个数据项保存多个物理版本，使得不同的事务可以使用不同的版本，从而避免读写冲突。事务的读操作无需等待其他事务的写操作，写操作也无需等待读操作。
• 两阶段锁（2PL）：2PL 将加锁和解锁分为两个阶段。加锁阶段只加锁不释放锁，解锁阶段只释放锁不加锁。这种机制可以解决写-写冲突，确保事务的隔离性。

2. MVCC 的实现方式

• 方式一：数据记录的多个版本均存储在数据文件中，事务和可见性相关信息也包含在每个版本的数据记录中。这种实现方式更新和删除操作的执行代价较小，但后期对已被删除的无效记录回收代价较高。
• 方式二：数据文件中只保留最新版本，事务信息集中管理，历史版本存储于 UNDO 中。记录自身不包含事务和可见性信息，通过统一的事务管理区域查询记录对应的事务状态。这种实现方式更新和删除操作的执行代价稍高，但后期对已被删除的无效记录回收代价极低。

3. 快照隔离机制

• 快照隔离（Snapshot Isolation）：GaussDB 为每个事务的读操作准备一个快照，这个快照一旦建立就不会再被修改，从而实现事务间的隔离。事务的读操作读取的是事务开始时数据项的最新版本，写操作生成数据项的新版本。
• 可见性判断：通过事务提交的逻辑时间戳来判断数据版本的可见性。每个数据记录都对应一个事务提交时刻的时间戳，当新的查询开始时，系统会生成一个快照时间戳，通过比较快照时间戳和数据记录中的提交时间戳来判断数据的可见性。

4. 并发控制机制

• 读操作不加锁：事务的读操作无需等待其他事务的写操作，避免了读操作间的阻塞。
• 写操作采用两阶段锁：写操作采用严格两阶段锁机制，满足读已提交、可重复读的隔离级别，也可以避免幻读。

5. 事务管理

• 事务 ID 和时间戳：GaussDB 使用事务 ID 和时间戳来管理事务。事务 ID 是一个 32 位无符号自增整数，用于比较事务的新旧程度。时间戳用于记录事务提交的顺序。
• CSNLOG：CSNLOG 用于记录事务提交的序列号，每个事务 ID 分配 8 个字节的 CSN 号，用于事务的可见性判断。

通过上述机制，GaussDB 的 MVCC 实现了高效的并发控制，提升了事务的并发处理效率，同时保证了数据的一致性和完整性。