PG中MVCC的实现原理.md

PG中MVCC的实现原理

1.表中的系统字段

• oid：行对象标识符（对象ID）。该字段只有在创建表时使用了“with oids”或配置参数“default_with_oids”的值为true时才会存在
• tableoid：包含本行的表的oid。对父表进行查询时，会用到这个字段，通过该字段就可以知道某一行来自父表还是子表。tableoid可以和pg_class的oid字段连接起来获取表名。
• xmin：插入改行版本的事务ID
• xmax：删除此行时的事务ID，第一次插入时，此字段为0。如果该字段不为0，可能是删除这行的事务还没提交，或者是删除此行的事务回滚了，或者是还没有来得及vacuum
• cmin：事务内部插入类操作的命令ID，此标识是从1开始的
• cmax：事务内部删除类操作的命令ID，如果不是删除命令，此字段为0
• ctid：数据行在它所处的表内的物理位置

2.事务内部的多版本一致

xmin、xmax、cmin、cmax这四个字段在MVCC中用于控制数据行是否对用户可见。PG会将修改前后的数据都存储在相同的结构中

• 新插入一行时，将新插入行的xmin填写为当前事务ID，xmax填0
• 修改某一行时，实际上是新插入一行，旧行上的xmin不变，旧行上的xmax改为当前事务ID，新行上的xmin填为当前事务ID，新行上的xmax填为0
• 删除一行时，把被删除行上的xmax填为当前事务ID

• cmin和cmax用于判断同一个事务内的不同命令导致的行版本变化是否可见，每个命令使用事务内一个命令标识计数器的值作为当前命令标识，事务开始时，命令标识计数器被置为0。执行一条DML后，命令标识计数器加1，当命令标识计数器不断累加又循环到0时，会报错，因为一个事务中命令的个数最多为2^32-1个，当某个事务内的命令读到某行数据时，会根据cmin和cmax做出判断：

  1. 若当前命令ID>=当前行的cmax且cmax不等于0，说明当前行对此命令不可见
  2. 若当前命令ID>=当前行的cmin，说明当前行对此命令可见

3.不同事务之间的多版本一致

PG是通过数据行上的xmin和xmax来判断对某事务是否可见，那么只需要确认xmin和xmax对应的事务是提交了还是回滚了，就可以知道这些数据行是否可见。PG把事务状态记录在commit log中，简称clog，事物的状态有以下四种：

• transaction_status_in_progress =0x00：表示事务正在进行中
• transaction_status_committed =0x01：表示事务已提交
• transaction_status_aborted =0x02：表示事务已回滚

• transaction_status_sub_committed =0x03：表示子事务已提交

  事务ID有时会缩写为XID，是一个32bit的数字。有三个特殊的事务ID是给系统内部使用的，如下：

• invalidtransaction=0：表示是无效的事务ID

• bootstraptransactionid=1：表示系统表初始化时的事务ID

• frozentransactionid=2：冻结的事务ID

  由上可知，正常事务ID是从3开始的，然后不停递增，达到最大值后，再从3开始。事务ID 0、1、2的始终保留
  若事务ID一直递增，总会到达4字节整数的最大值，达到最大值后再从头开始时，就会出现之前事务ID比当前事务ID大，而在比较时，就会任务以前事务ID是将来的事务ID，这自然会导致严重的问题，即事务ID回卷的问题。
  在事务ID没有回卷时，简单比较两个事务ID的大小就知道事务之间的先后关系，但当事务ID回卷后，简单的比较大小就不行了。为了解决事务回卷和满足满足比较事务新旧的需求，在PG中规定，最旧和最新事务之间的年龄差最大为2^31，而不是无符号整数的最大范围2^32，当事务ID要超过2^31时，就把旧事务换成一个特殊的事务ID，也就是frozentransactionid的特殊事务。当正常事务ID与冻结事务ID比较时，会认为正常事务ID比冻结事务ID新。然后对于普通的事务比较新旧时就可以套用如下公式了：
  ((int32) (id1 - id2)) < 0