深度解析：分布式存储系统实现快照隔离的常见时钟方案

数据库ACID

• atomic 原子性
• consistency 一致性
• isolation 隔离性
• durability 持久性

Isolation 持久性：数据库在并发事务下的表现。

参考：《A Critique of ANSI SQL Isolation Levels》，简要版本

事务并发时，会出现的8类问题：

P0：Dirty Write

事务T1改写了事务T2写入但还未提交的值。

A Dirty Write occurs when one transaction overwrites a value that has previously been written by another still in-flight transaction.

会造成的两个影响：

1. violates the integrity constraint
2. the system can’t automatically rollback to a before image on transaction abort.

 

解法：long-duration write lock

P1：Dirty Read

事务T1读取到了事务T2已写入但还未commit的值。

A Dirty Read occurs when one transaction reads a value that has been written by another still in-flight transaction.

解法：short-duration read locks + long-duration write locks

P2：Non-Repeatable Read（Fussy Read）

在一个事务中已经被读取的值，被另一个事务给改写了。

A Fuzzy or Non-Repeatable Read occurs when a value that has been read by a still in-flight transaction is overwritten by another transaction. 

解法：long-duration read and write locks，or 基于谓词的short-duration lock读取（Select... where P）

P3：Phantom（幻读）

当事务T1使用Select... Where P读取数据时，事务T2同时在执行且刚好将值更新为P的状态，导致T1以为自己读到的是正确条件下的值，但其实不是。

A Phantom occurs when a transaction does a predicate-based read (e.g. SELECT… WHERE P) and another transaction writes a data item matched by that predicate while the first transaction is still in flight. 

解法：long-duration read and write locks

P4：Lost Update

一图胜千言，T2事务的更新丢失了（因为被T1事务给覆盖了）

P4C：Cursor Lost Update

Cursor Lost Update是Lost Update的一个变体，效果是一样的。

解法：holding a lock on the current item of the cursor until the cursor moves or is closed.

A5A：Read Skew（读偏序）

同一事务的两个数据读取之间，被其他事务更改了部分数据的值。

A5B：Write Skew（写偏序）

事务中更新某个值的谓语，在用于校验后被其他事务修改了。

六种隔离级别（Isolation Level）：

• Read Uncommitted（Degree 1）
• Read Committed（Degree 2）
• Cursor Stability
• Repeatable Read
• Snapshot
• ANSI SQL（Serializble 可串行化，Degree 3）

　　Snapshot Isolation的核心思想是事务的读操作从已提交的数据中读取，此时数据的版本时间戳为StartTimestamp，然后进行一些列事务内部的操作，提交时生成一个CommitTimestamp。当StartTimestamp和CommitTimestamp之间没有任何WriteSets Rows被其他事务写入时，本次提交成功，从而可以避免Dirty Write、DIrty Read、Fuzzy Read、Lost Update、Cursor Lost Update以及Read Skew，但无法避免Phantom和Write Skew。

　　因为Snapshot Isolation只关注WriteSet Rows有没有被其他事务更新，所以在依赖谓语的更新语句中，若谓语的数据不在WriteSet Rows中而被其他并行地事务更新时，Snapshot Isolation是感知不到的，因此SI无法避免Write Skew。

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