GaussDB分布式事务ACID保障【华为根技术】
【摘要】 Coordinator Node:协调节点CN,负责接收来自应用的访问请求,并向客户端返回执行结果;负责分解任务,并调度任务分片在各DN上并行执行。GTM:全局事务管理器(Global Transaction Manager),负责生成和维护全局事务ID、事务快照、时间戳、Sequence信息等全局唯一的信息。Data Node:数据节点DN,负责存储业务数据、执行数据查询任务以及向CN返回...
- Coordinator Node:协调节点CN,负责接收来自应用的访问请求,并向客户端返回执行结果;负责分解任务,并调度任务分片在各DN上并行执行。
- GTM:全局事务管理器(Global Transaction Manager),负责生成和维护全局事务ID、事务快照、时间戳、Sequence信息等全局唯一的信息。
- Data Node:数据节点DN,负责存储业务数据、执行数据查询任务以及向CN返回执行结果。
一、原子性(Atomicity)
- 两阶段提交协议(2PC)
- 准备阶段:协调节点(CN)向所有数据节点(DN)发送 PREPARE 请求,DN 将事务日志(含 UNDO/REDO 信息)写入磁盘,锁定资源但不提交。
- 提交/回滚阶段:若所有 DN 返回准备成功,CN 通知 GTM(全局事务管理器)生成全局提交序列号(CSN),并发送 COMMIT 指令;若任一 DN 失败,则全局回滚。
- 容错机制:DN 故障时通过持久化日志自动重试(默认 3 次),网络分区时由 CN 检测超时(global_transaction_timeout 可配置)强制回滚。
二、一致性(Consistency)
- 全局事务快照(CSN 机制)
- 所有读写事务需从 GTM 获取全局唯一的逻辑时间戳(CSN),作为数据可见性判断基准。
- 读操作基于事务开始时的 CSN 快照,确保跨节点读取同一时间点的数据版本(如避免幻读)。
- 约束检查与 MVCC
- 唯一约束等强一致性校验通过 DN 本地执行,冲突时触发全局回滚。
- MVCC 存储多版本数据,写操作生成新版本,读操作访问历史快照,避免脏读。
三、隔离性(Isolation)
- 多版本并发控制(MVCC)
- UStore 存储引擎:当前数据存于主表,历史版本存于 UNDO 空间,读写分离减少锁争用。
- 快照可见性规则:
- 若事务 CSN > 数据版本 CSN 且数据已提交 → 可见;
- 若事务 CSN < 数据版本 CSN → 不可见;
- 写操作未提交时,读操作阻塞至写事务结束。
- 锁机制优化
- 行级锁 + 间隙锁(如 SELECT FOR UPDATE)防止写冲突,支持 SKIP LOCKED 跳过已锁数据提升并发。
- 分布式死锁检测:周期扫描跨节点锁依赖(pg_locks 视图),超时(deadlock_timeout)后自动回滚。
四、持久性(Durability)
- 预写日志(WAL)
- 事务提交前,所有修改先写入 WAL 日志并同步至磁盘,故障后通过日志重放恢复数据。
- 多副本同步
- 基于 Raft 协议实现 DN 数据多副本(默认 3 副本),主备节点强同步(最大保护模式),确保单点故障不丢数据。
- 跨 AZ 容灾
- 同城跨可用区(AZ)部署时,事务日志实时复制到备站点,支持分钟级故障切换。
五、性能优化与高可用
- GTM-Lite 技术:轻量级全局事务管理,避免单点瓶颈,支持每秒百万级事务处理。
- 异步提交模式:非关键事务(如日志记录)可启用异步提交,提升吞吐量(最终一致性)。
- 在线扩容:DN 扩容时数据自动重分布,CN 负载均衡,事务处理不中断。
六、典型场景实践
场景 |
ACID 保障策略 |
金融支付 |
REPEATABLE READ 隔离级别 + 保存点(SAVEPOINT)部分回滚,避免重复扣款。 |
电商秒杀 |
乐观锁(UPDATE ... RETURNING)扣库存,结合 SKIP LOCKED 减少锁等待。 |
数据迁移 |
分布式事务批处理(COPY 命令 + 并行分区),配置 maintenance_work_mem 提升排序性能。 |
七、限制与注意事项
- 不支持显式 PREPARE TRANSACTION 语法,避免未完成事务残留。
- 跨节点事务中避免修改系统表(如 pg_class),可能破坏一致性。
通过上面的这些机制,GaussDB 在分布式架构下实现了接近单机的事务一致性,同时兼顾高并发与弹性扩展。生产环境中需结合业务特点调整隔离级别、超时参数,并监控事务状态(gs_transaction_monitor 视图)。
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