Мир InterBase. Архитектура, администрирование и разработка приложений баз данных в InterBase/FireBird/Yaffil - А Ковязин

Можно считать, что это определение достаточно точно отражает понятие транзакции. Это определение применимо для всех реляционных СУБД. Однако предметом рассмотрения данной книги является InterBase, поэтому в следующих разделах мы будем рассматривать конкретные особенности механизма транзакций именно в InterBase.

Механизм транзакций в InterBase

Надо сказать, что реализация транзакций в InterBase отличается от реализации транзакции в большинстве других СУБД. Это связано с особой архитектурой баз данных InterBase, именуемой Multi Generation Architecture (MGA) - многоверсионной архитектурой.

Чтобы разобраться в реализации транзакций в InterBase, придется совершить экскурс в многоверсионную архитектуру баз данных, а также затронуть аспекты низкоуровневой реализации ядра InterBase. Возможно, в процессе чтения этого раздела необходимо будет обратиться к главе "Структура базы данных InterBase".

Итак, приступим. Давайте сначала разберем сущность многоверсионной архитектуры.

Многоверсионная архитектура InterBase

InterBase - это первая в мире СУБД, в которой реализована многоверсионная архитектура. Именно многоверсионная архитектура позволяет организовать взаимодействие пользователей таким образом, что читающие пользователи не блокируют пишущих, а также дает возможность очень быстро восстанавливаться после сбоев в базе данных и отказаться от ведения протокола транзакций (transaction log), а также предоставляет массу других преимуществ.

Сущность многоверсионной архитектуры достаточно проста. Основная идея состоит в том, что все изменения, проводимые над конкретными записями (а к этому сводятся любые операции над информацией в базе данных), производятся не над самой записью, а над ее версией. Версия записи - это копия записи, которая создается при попытке ее изменить.

Можно также сказать, что для каждой записи возможно существование нескольких ее версий, при этом каждая транзакция видит только одну их этих версий.

Пусть у нас есть некоторое начальное состояние базы данных, в котором имеется таблица с одной записью. Для простоты предположим, что сначала нет подключенных к базе данных пользователей и соответственно нет никаких изменений в данных. Когда к базе данных подключится пользователь и запустит транзакцию, в рамках которой он начнет производить какие-нибудь изменения над этой записью, то специально для этого пользователя (точнее, для транзакции, в контексте которой производятся операции) запись, содержащаяся в таблице, будет скопирована - появится версия записи. Эта версия целиком принадлежит транзакции, и все операции в рамках этой транзакции будут производить изменения над версией записи, а не над исходным оригиналом.

Далее, транзакция может либо подтвердиться, либо отмениться. При подтверждении транзакции произойдет следующее: InterBase попытается пометить предыдущую (исходную) версию записи как удаленную и сделать текущую (измененную в рамках этой завершающейся транзакции) версию основной. Если только один пользователь менял запись, то именно так все и произойдет - измененная версия записи станет основной и именно ее увидят все остальные операции в транзакциях, которые запустятся позже подтверждения.

Предположим теперь, что после запуска описанной в примере транзакции (назовем ее № 1), но до подтверждения ее результатов запустится транзакция № 2, в которой пользователь желает прочитать изменяющуюся запись. Так как неподтвержденные в № 1 изменения нельзя увидеть (в том числе и в транзакции № 2) по крайней мере до подтверждения этой транзакции, то транзакция № 2 увидит предыдущую версию записи!

Как видите, идея версионности гениально проста - дать каждой выполняющейся транзакции по своей собственной версии записей и пусть они наслаждаются одновременной работой с данными - читающие пользователи не мешают пишущему пользователю.

Но обратите внимание, что пишущий пользователь всегда может быть только один! Негоже давать изменять запись сразу двоим пользователям. Если попытаться редактировать одну и ту же запись одновременно в разных транзакциях, то, в зависимости от параметров транзакции, возникнет конфликт обновления записей - в той или иной форме. См. ниже раздел "Конфликты в транзакциях".

Итак, основной постулат многоверсионной архитектуры изложен. Конечно, в случае одновременной работы множества пользователей могут возникать сложные комбинации версий, и это может привести к странным на первый взгляд конфликтам.

Чтобы сформировать четкую и ясную картину того, как работает многоверсионность данных и транзакции в InterBase, придется углубиться в их реализацию на уровне базы данных InterBase.

Реализация многоверсионности. Страницы учета транзакций

Каждая транзакция в InterBase имеет свой уникальный идентификатор - transaction ID или TID (фактически это номер транзакции с момента создания базы данных или последнего restore). Каждая транзакция, запускаясь, получает свой номер, который последовательно увеличивается - т. е. более старые транзакции имеют меньшие номера, чем новые.

Для учета транзакций используются страницы учета транзакций (Transaction Inventory Page, TIP). Когда в InterBase начинается транзакция, то на странице учета транзакций появляется отметка о том, что транзакция с определенным идентификатором ТГО# находится в состоянии выполнения (т. е. она является активной - active).

Всего имеется 4 возможных состояния транзакции: активная (active), подтвержденная (Commited), отмененная (Rolled back) и лимбо (limbo). Статус активной имеют выполняющиеся в данный момент транзакции.

Подтвержденные транзакции - обычно те транзакции, что завершились командой Commit. Отмененные транзакции - это обычно те транзакции, которые завершились командой Rollback.

Транзакции Лимбо - это транзакции с неопределенным статусом, которые возникают при использовании механизма двухфазного подтверждения транзакций, который применяется при проведении транзакций сразу в нескольких базах данных.

Когда операция в контексте транзакции с идентификатором ТID# изменяет какие-либо записи, то для этого изменения создаются версии записей. И каждая версия помечается идентификатором ТID# - на физическом уровне это выглядит как номер транзакции в заголовке версии записи.

Если транзакция с номером ТID# подтверждается, т. е. переходит в состояние Commited (а процесс подтверждения часто называют commit), то на странице учета транзакций производится отметка об этом. При этом никаких действий над измененными записями не происходит!

Но как же следующие транзакции узнают о том, какая версия записи является актуальной - та ли, которая была изменена транзакцией ТID#, или исходная, помеченная другой транзакцией. Вот здесь заключается один фокус - читающая транзакция считывает все версии измененной записи, берет номера транзакций из заголовков записей и та запись считается актуальной, чей номер больше.

При чтении версий записей происходит дополнительная проверка и на подтвержденность транзакции, которая создала версию. Для этого в момент чтения версий не просто сравниваются номера транзакций, чтобы определить актуальную запись, но еще и проверяется на странице учета транзакций, а в каком состоянии находится транзакция с определенным TID.

Если транзакция, создавшая версию записи, откачена (т. е. находится в состоянии Rollbacked), то такая версия является мусором (garbage) и ее необходимо удалить.

Если же транзакция, создавшая версию записи, подтверждена (находится в состоянии Committed), то такую запись можно считать полноценной претенденткой на самую актуальную запись.

"Почему претенденткой?" - может спросить уважаемый читатель. А потому что может быть две и больше версий записей, которые созданы подтвержденными на текущий момент транзакциями. И поэтому читающая запись выберет среди этих версий записей в качестве актуальной ту версию, в которой ТID# больше.

Сборка мусора

Как видите, при использовании многоверсионной архитектуры постоянно накапливаются устаревшие версии, называемые "мусором". Эти версии не являются актуальными и подлежат удалению. Процесс удаления ненужных версий записей называется сборкой "мусора"..

Главное, что следует отметить в сборке "мусора" - это то, что она является кооперативной. Как вы поняли из предыдущего описания, транзакции, изменяющие данные, не "убирают за собой": когда происходит завершение, то на странице учета транзакций просто ставится отметка о том, что транзакция с определенным TID подтверждена (committed). При этом не происходит удаления старых версий записей.

Сборка мусора происходит, когда какая-либо транзакция пожелает прочитать данную запись. Эта транзакция считывает все существующие версии этой записи, выясняет по таблице TIP, что версии устарели и удаляет их.