InterSystems IRIS グローバルのトランザクション

InterSystems IRIS DBMS は、データを保存するための興味深い構造、つまりグローバルをサポートしています。 基本的に、これらは、トランザクション、データ ツリーを横断するための高速関数、ロック、および独自の ObjectScript 言語の形式でさまざまな追加機能を備えたマルチレベル キーです。

グローバルについて詳しくは、「グローバルはデータを保存するための宝剣である」シリーズの記事をご覧ください。

木。 パート1
木。 パート2
スパース配列。 パート 3

グローバルでトランザクションがどのように実装されているのか、どのような機能があるのか​​に興味を持ちました。 結局のところ、これはデータを保存するための通常のテーブルとはまったく異なる構造です。 はるかに低いレベルです。

リレーショナル データベースの理論から知られているように、トランザクションを適切に実装するには、次の要件を満たす必要があります。 ACID:

A - アトミック（原子性）。 トランザクションで行われた変更はすべて記録されるか、まったく記録されません。

C - 一貫性。 トランザクションが完了した後は、データベースの論理状態が内部的に一貫している必要があります。 多くの点で、この要件はプログラマに関係しますが、SQL データベースの場合は外部キーにも関係します。

私 - 隔離します。 並行して実行されているトランザクションは、相互に影響を与えるべきではありません。

D - 耐久性があります。 トランザクションが正常に完了した後は、下位レベルの問題 (電源障害など) がトランザクションによって変更されたデータに影響を与えることはありません。

グローバルは非リレーショナル データ構造です。 これらは、非常に限られたハードウェアで超高速に動作するように設計されています。 を使用してグローバルでのトランザクションの実装を見てみましょう。 公式 IRIS Docker イメージ.

IRIS でトランザクションをサポートするには、次のコマンドが使用されます。 TSTART, Tコミット, トロールバック.

1. 原子性

チェックする最も簡単な方法はアトミック性です。 データベースコンソールから確認してみます。

Kill ^a
TSTART
Set ^a(1) = 1
Set ^a(2) = 2
Set ^a(3) = 3
TCOMMIT

そして、次のように結論付けます。

Write ^a(1), “ ”, ^a(2), “ ”, ^a(3)

我々が得る：

1 2 3

すべて順調。 原子性は維持され、すべての変更が記録されます。

タスクを複雑にしてエラーを導入し、トランザクションが部分的にまたはまったく保存されないようにどのように保存されるかを見てみましょう。

原子性をもう一度確認してみましょう。

Kill ^A
TSTART
Set ^a(1) = 1
Set ^a(2) = 2
Set ^a(3) = 3

次に、コンテナを強制的に停止し、起動して確認します。

docker kill my-iris

このコマンドは、SIGKILL シグナルを送信してプロセスを即時に停止するため、強制シャットダウンとほぼ同等です。

おそらくトランザクションは部分的に保存されましたか?

WRITE ^a(1), ^a(2), ^a(3)
^
<UNDEFINED> ^a(1)

- いいえ、生き残っていません。

ロールバック コマンドを試してみましょう。

Kill ^A
TSTART
Set ^a(1) = 1
Set ^a(2) = 2
Set ^a(3) = 3
TROLLBACK

WRITE ^a(1), ^a(2), ^a(3)
^
<UNDEFINED> ^a(1)

何も生き残っていません。

2.一貫性

グローバルに基づくデータベースでは、キーもグローバルで作成されるため (グローバルはリレーショナル テーブルよりもデータを格納するための低レベルの構造であることを思い出してください)、一貫性の要件を満たすには、キーの変更を含める必要があります。グローバルの変更と同じトランザクション内で。

たとえば、グローバル ^person があり、そこにパーソナリティを保存し、TIN をキーとして使用します。

^person(1234567, ‘firstname’) = ‘Sergey’
^person(1234567, ‘lastname’) = ‘Kamenev’
^person(1234567, ‘phone’) = ‘+74995555555
...

姓と名で簡単に検索できるように、^index キーを作成しました。

^index(‘Kamenev’, ‘Sergey’, 1234567) = 1

データベースの一貫性を保つために、次のようにペルソナを追加する必要があります。

TSTART
^person(1234567, ‘firstname’) = ‘Sergey’
^person(1234567, ‘lastname’) = ‘Kamenev’
^person(1234567, ‘phone’) = ‘+74995555555
^index(‘Kamenev’, ‘Sergey’, 1234567) = 1
TCOMMIT

したがって、削除するときはトランザクションも使用する必要があります。

TSTART
Kill ^person(1234567)
ZKill ^index(‘Kamenev’, ‘Sergey’, 1234567)
TCOMMIT

言い換えれば、一貫性要件を満たすことはすべてプログラマの肩にかかっています。 しかし、グローバルに関しては、その低レベルの性質のため、これは正常です。

3. 隔離

ここからが荒野の始まりです。 多くのユーザーが同じデータベースで同時に作業し、同じデータを変更します。

この状況は、多くのユーザーが同じコード リポジトリを同時に操作し、多くのファイルへの変更を一度に同時にコミットしようとする場合に似ています。

データベースはすべてをリアルタイムで整理する必要があります。 本格的な企業では、バージョン管理 (ブランチのマージ、競合の解決など) を担当する特別な担当者さえいて、データベースがこれらすべてをリアルタイムで実行する必要があることを考慮すると、タスクの複雑さとデータベースの正確性は非常に重要です。データベースの設計とそれを提供するコード。

データベースは、ユーザーが同じデータを操作している場合、競合を避けるためにユーザーが実行するアクションの意味を理解できません。 別のトランザクションと競合する XNUMX つのトランザクションのみを元に戻すことも、それらを順番に実行することもできます。

もう XNUMX つの問題は、トランザクションの実行中 (コミット前) にデータベースの状態が矛盾する可能性があるため、他のトランザクションがデータベースの矛盾した状態にアクセスできないことが望ましいことです。これはリレーショナル データベースで実現されます。スナップショットの作成、行のマルチバージョン管理など、さまざまな方法で。

トランザクションを並行して実行する場合、相互に干渉しないことが重要です。 これが孤立の特性です。

SQL では 4 つの分離レベルが定義されています。

• お読みください
• コミットを読む
• 反復読み取り
• シリアル化可能

各レベルを個別に見てみましょう。 各レベルの実装コストは、ほぼ指数関数的に増加します。

お読みください - これは最も低いレベルの分離ですが、同時に最も高速です。 トランザクションは、相互に行われた変更を読み取ることができます。

コミットを読む は次のレベルの分離であり、妥協です。 トランザクションは、コミット前に相互の変更を読み取ることはできませんが、コミット後に加えられた変更を読み取ることはできます。

長いトランザクション T1 があり、その間にトランザクション T2、T3 ... Tn でコミットが発生し、T1 と同じデータを処理する場合、T1 でデータをリクエストすると、毎回異なる結果が得られます。 この現象は非反復読み取りと呼ばれます。

反復読み取り — この分離レベルでは、データの読み取りリクエストごとに結果データのスナップショットが作成され、同じトランザクションで再利用される場合、スナップショットのデータが作成されるため、反復不可能な読み取りという現象は発生しません。使用されている。 ただし、この分離レベルでもファントム データを読み取ることは可能です。 これは、並列コミットされたトランザクションによって追加された新しい行を読み取ることを指します。

シリアル化可能 — 最高レベルの断熱性。 これは、トランザクション内で何らかの方法 (読み取りまたは変更) で使用されたデータが、最初のトランザクションの完了後にのみ他のトランザクションで使用可能になるという事実によって特徴付けられます。

まず、トランザクション内の操作がメイン スレッドから分離されているかどうかを確認してみましょう。 2 つのターミナル ウィンドウを開いてみましょう。

Kill ^t

Write ^t(1)
2

TSTART
Set ^t(1)=2

孤立はありません。 XNUMX つのスレッドは、トランザクションを開いた XNUMX 番目のスレッドが何をしているかを確認します。

さまざまなスレッドのトランザクションが内部で何が起こっているかを確認してみましょう。

2 つのターミナル ウィンドウを開いて、2 つのトランザクションを並行して開きます。

kill ^t
TSTART
Write ^t(1)
3

TSTART
Set ^t(1)=3

並列トランザクションは相互のデータを参照します。 そこで、最も単純でありながら最速の分離レベルである READ UNCOMMITED を取得しました。

原理的には、これはパフォーマンスが常に優先されてきたグローバル企業では予想されることです。

グローバルでの操作においてより高いレベルの分離が必要な場合はどうすればよいでしょうか?

ここで、なぜ分離レベルが必要なのか、そしてそれがどのように機能するのかを考える必要があります。

最も高い分離レベルである SERIALIZE は、並列実行されたトランザクションの結果が逐次実行と同等であることを意味し、衝突がないことが保証されます。

これは、ObjectScript のスマート ロックを使用して実行できます。スマート ロックにはさまざまな用途があります。コマンドを使用して、定期的、増分的、複数のロックを実行できます。 LOCK.

分離レベルを低くすることは、データベースの速度を上げるために設計されたトレードオフです。

ロックを使用してさまざまなレベルの分離を実現する方法を見てみましょう。

この演算子を使用すると、データの変更に必要な排他ロックだけでなく、いわゆる共有ロックも取得できます。共有ロックは、読み取りプロセス中に他のプロセスによって変更されるべきではないデータを読み取る必要がある場合に、複数のスレッドを並行して取得できます。

XNUMX 段階ブロッキング方法の詳細情報 (ロシア語と英語):

→ 二相遮断
→ XNUMX相ロック

問題は、トランザクション中にデータベースの状態が不整合になる可能性があるが、この不整合なデータが他のプロセスから見えることです。 これを回避するにはどうすればよいでしょうか?

ロックを使用して、データベースの状態が一貫している可視性ウィンドウを作成します。 そして、合意された状態を可視化するそのようなウィンドウへのすべてのアクセスはロックによって制御されます。

同じデータに対する共有ロックは再利用可能であり、複数のプロセスが共有ロックを取得できます。 これらのロックは、他のプロセスがデータを変更することを防ぎます。 これらは、一貫したデータベース状態のウィンドウを形成するために使用されます。

排他的ロックはデータ変更に使用されます。そのようなロックを取得できるのは XNUMX つのプロセスだけです。 排他ロックは次の方法で取得できます。

1. データが無料であればどのような処理でも可能
2. このデータに対して共有ロックを持ち、最初に排他ロックを要求したプロセスのみ。

可視性ウィンドウが狭いほど、他のプロセスがそれを待つ必要がある時間が長くなりますが、その中のデータベースの状態の一貫性はより高くなります。

READ_COMMITTED — このレベルの本質は、他のスレッドからコミットされたデータのみが表示されることです。 別のトランザクションのデータがまだコミットされていない場合は、その古いバージョンが表示されます。

これにより、ロックが解放されるのを待つ代わりに、作業を並列化することができます。

特別な工夫がないとIRISでは古いバージョンのデータを見ることができないので、ロックで対応することになります。

したがって、共有ロックを使用して、整合性が保たれた時点でのみデータを読み取ることができるようにする必要があります。

相互に送金を行うユーザー ベース ^人がいるとします。

人物 123 から人物 242 への転送の瞬間:

LOCK +^person(123), +^person(242)
Set ^person(123, amount) = ^person(123, amount) - amount
Set ^person(242, amount) = ^person(242, amount) + amount
LOCK -^person(123), -^person(242)

引き落とし前に個人 123 から金額を要求する瞬間には、排他的ブロックが伴う必要があります (デフォルト)。

LOCK +^person(123)
Write ^person(123)

また、個人アカウントのアカウント ステータスを表示する必要がある場合は、共有ロックを使用することも、まったく使用しないこともできます。

LOCK +^person(123)#”S”
Write ^person(123)

ただし、データベース操作がほぼ瞬時に実行されると仮定すると (グローバルはリレーショナル テーブルよりもはるかに低レベルの構造であることを思い出してください)、このレベルの必要性は減少します。

反復読み取り - この分離レベルでは、同時トランザクションによって変更できるデータの複数の読み取りが可能になります。

したがって、変更するデータの読み取りには共有ロックを設定し、変更するデータには排他ロックを設定する必要があります。

幸いなことに、LOCK 演算子を使用すると、多数ある可能性がある必要なロックをすべて XNUMX つのステートメントで詳細にリストできます。

LOCK +^person(123, amount)#”S”
чтение ^person(123, amount)

他の操作 (現時点では、並列スレッドは ^person(123, amount) を変更しようとしますが、変更できません)

LOCK +^person(123, amount)
изменение ^person(123, amount)
LOCK -^person(123, amount)

чтение ^person(123, amount)
LOCK -^person(123, amount)#”S”

ロックをカンマで区切ってリストすると、ロックは順番に取得されますが、これを行うと次のようになります。

LOCK +(^person(123),^person(242))

その後、それらは一度に原子的に取得されます。

シリアライズ — 最終的に共通データを持つすべてのトランザクションが順番に実行されるように、ロックを設定する必要があります。 このアプローチでは、ほとんどのロックは排他的であり、パフォーマンスのためにグローバルの最小領域で取得される必要があります。

グローバル ^person で資金の借方記入について話す場合、お金は厳密に順番に使用する必要があるため、SERIALIZE 分離レベルのみが許容されます。そうでない場合は、同じ金額を複数回使用する可能性があります。

4. 耐久性

を使用して容器をハードカットするテストを実施しました

docker kill my-iris

基地は彼らによく耐えた。 問題は確認されませんでした。

まとめ

グローバルの場合、InterSystems IRIS はトランザクションをサポートします。 これらは本当にアトミックで信頼性があります。 グローバルに基づくデータベースの一貫性を確保するには、外部キーなどの複雑な組み込み構造がないため、プログラマの努力とトランザクションの使用が必要です。

ロックを使用しないグローバルの分離レベルは READ UNCOMMITED であり、ロックを使用する場合は SERIALIZE レベルまで確保できます。

グローバルでのトランザクションの正確さと速度は、プログラマーのスキルに大きく依存します。読み取り時に使用される共有ロックが広くなるほど、分離レベルが高くなり、より狭い排他ロックが取得されるほど、パフォーマンスが向上します。

出所： habr.com