GaussDB分布式事务ACID保障【华为根技术】

• 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）​​

1. ​​两阶段提交协议（2PC）​​

o ​​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。

o ​​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。

o ​​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）​​

1. ​​全局事务快照（CSN 机制）​​

o 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。

o 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）。

2. ​​约束检查与 MVCC​​

o 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。

o 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）​​

1. ​​多版本并发控制（MVCC）​​

o ​​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。

o ​​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。

2. ​​锁机制优化​​

o 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。

o 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）​​

1. ​​预写日志（WAL）​​

o 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。

2. ​​多副本同步​​

o 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。

3. ​​跨 AZ 容灾​​

o 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​​

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）。