处理事务的常见方法有排队法、排他锁、读写锁、MVCC等方式。
排队法
事务处理中最重要也是最简单的方案是排队法,单线程地处理一堆数据。
在Redis中,如果数据全部在内存中,那么单线程处理所有Put、Get操作效率最高。原因在于多线程的本质是CPU模拟多个线程,这种模拟是以上下文切换为代价,这种上下文切换是需要额外开销的,而对于内存的数据库来说,没有上下文切换时效率最高。因此,单个CPU绑定一块内存的数据,针对这块数据做多次读写操作时都是在单个CPU上完成的,单线程处理方式在内存的情况是效率是最优的。
那么什么时候事务需要用到多线程呢?这个问题的本质取决于下层所使用的存储,如果是内存操作,则可以动态地申请和销毁内存块;而磁盘的IOPS很低,但吞吐量很高。
如果一个场景涉及多次读写操作,单线程可以很高的效率对于内存进行读写操作;但是,由于磁盘的IOPS仅为内存的几千分之
一,如果依旧用操作内存的方式操作磁盘,那系统的整体性能将会很低,这意味着必须将大量的读写操作聚合成一个Batch后再提交
时才能达到较好的性能。而将大量请求攒到一起的方式一是异步,也就是请求本身和线程不绑定,线程可以不Block(本质来说还是
一种多线程的方式),处理完一个线程后再处理其他线程。这种做法的核心是将大量不同的请求提交到一个Buffer中,再由该Buffer
统一读取或者写入磁盘,从而提高效率。在慢速设备中,多线程或异步非常常见,在设计系统时,面对磁盘、网络、SSD等慢速设
备必须考虑使用多线程。
排它锁
有些场景不适合用单线程操作,可以利用排他锁的方式来快速隔离并发读写事务。
若事务T对数据对象A加上X锁,则只允许T读取和修改A,其他任何事务都不能再对A加任何类型的锁,直到T释放A上的锁。这就保证了其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A。
读写锁
数据库中有一些事务单元是共享的,如果是一个只读的事务,例如只对数据进行查询操作,在该过程中数据一定不被修改,因此多个查询操作可以并行执行,因此一种针对读读场景的优化自然而然产生——读写锁。读写锁的核心是在多次读的操作中,同时允许多个读者来访问共享资源,提高并发性。
MVCC
在最初的数据库事务实现中是不存在MVCC的,它是Oracle在八十年代新加的功能,本质是Copy On Write,也就是每次写都是以重新开始一个新的版本的方式写入数据,因此,数据库中也就包含了之前的所有版本。在数据读的过程中,先申请一个版本号,如果该版本号小于正在写入的版本号,则数据一定可以查询到,无需等到新版本完全写完即可返回查询结果。这种方式可以在读读不阻塞的前提下,实现读写/写读不阻塞,尽可能保证所有的读操作并行,而写操作串行。