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如何搞定NoSQL事務(wù)機(jī)制

在SequoiaDB巨杉數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)合創(chuàng)始人兼CTO王濤看來(lái)，目前只有少量的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)支持事務(wù)機(jī)制，如VoltDB、RavenDB、SequoiaDB、MarkLogic。并且，“NoSQL支持事務(wù)（ACID）是未來(lái)的趨勢(shì)，不支持事務(wù)的NoSQL會(huì)大大縮小其應(yīng)用場(chǎng)景?！睂?duì)于ACID來(lái)說(shuō)，是指數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)機(jī)制正確執(zhí)行的四大基本要素，包含了：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability）。

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什么是New SQL?分析NewSQL是如何融合NoSQL和RDBMS兩者的優(yōu)勢(shì)

NewSQL是對(duì)一類現(xiàn)代關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)稱，這類數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于一般的OLTP讀寫(xiě)請(qǐng)求提供可橫向擴(kuò)展的性能，同時(shí)支持事務(wù)的ACID保證。這些系統(tǒng)既擁有NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)展性，又保持傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)特性。NewSQL重新將“應(yīng)用程序邏輯與數(shù)據(jù)操作邏輯應(yīng)該分離”的理念帶回到現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫(kù)的世界，這也驗(yàn)證了歷史的發(fā)展總是呈現(xiàn)出螺旋上升的形式。

在21世紀(jì)00年代中，出現(xiàn)了許多數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng) (如 Vertica，Greeplum 和AsterData)，這些以處理OLAP 請(qǐng)求為設(shè)計(jì)目標(biāo)的系統(tǒng)并不在本文定義的NewSQL范圍內(nèi)。OLAP 數(shù)據(jù)庫(kù)更關(guān)注針對(duì)海量數(shù)據(jù)的大型、復(fù)雜、只讀的查詢，查詢時(shí)間可能持續(xù)秒級(jí)、分鐘級(jí)甚至更長(zhǎng)。

NoSQL的擁躉普遍認(rèn)為阻礙傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)橫向擴(kuò)容、提高可用性的原因在于ACID保證和關(guān)系模型，因此NoSQL運(yùn)動(dòng)的核心就是放棄事務(wù)強(qiáng)一致性以及關(guān)系模型，擁抱最終一致性和其它數(shù)據(jù)模型?(如 key/value，graphs 和Documents)。

兩個(gè)最著名的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)就是Google的BigTable和Amazon的Dynamo，由于二者都未開(kāi)源，其它組織就開(kāi)始推出類似的開(kāi)源替代項(xiàng)目，包括Facebook的 Cassandra (基于BigTable和Dynamo)、PowerSet的 Hbase(基于BigTable)。有一些創(chuàng)業(yè)公司也加入到這場(chǎng)NoSQL運(yùn)動(dòng)中，它們不一定是受BigTable和Dynamo的啟發(fā)，但都響應(yīng)了NoSQL的哲學(xué)，其中最出名的就是MongoDB。

在21世紀(jì)00年代末，市面上已經(jīng)有許多供用戶選擇的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品。使用NoSQL的優(yōu)勢(shì)在于應(yīng)用開(kāi)發(fā)者可以更關(guān)注應(yīng)用邏輯本身，而非數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)展性問(wèn)題；但與此同時(shí)許多應(yīng)用，如金融系統(tǒng)、訂單處理系統(tǒng)，由于無(wú)法放棄事務(wù)的一致性要求被拒之門(mén)外。

一些組織，如Google，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)他們的許多工程師將過(guò)多的精力放在處理數(shù)據(jù)一致性上，這既暴露了數(shù)據(jù)庫(kù)的抽象、又提高了代碼的復(fù)雜度，這時(shí)候要么選擇回到傳統(tǒng)DBMS時(shí)代，用更高的機(jī)器配置縱向擴(kuò)容，要么選擇回到中間件時(shí)代，開(kāi)發(fā)支持分布式事務(wù)的中間件。這兩種方案成本都很高，于是NewSQL運(yùn)動(dòng)開(kāi)始醞釀。

NewSQL數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)針對(duì)的讀寫(xiě)事務(wù)有以下特點(diǎn)：

1、耗時(shí)短。

2、使用索引查詢，涉及少量數(shù)據(jù)。

3、重復(fù)度高，通常使用相同的查詢語(yǔ)句和不同的查詢參考。

也有一些學(xué)者認(rèn)為NewSQL系統(tǒng)是特指實(shí)現(xiàn)上使用Lock-free并發(fā)控制技術(shù)和share-nothing架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)。所有我們認(rèn)為是NewSQL的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)確實(shí)都有這樣的特點(diǎn)。

為什么大部分NoSQL不提供分布式事務(wù)

像MongoDB, Cassandra, HBase, DynamoDB, 和

Riak這些NoSQL缺乏傳統(tǒng)的原子事務(wù)機(jī)制，所謂原子事務(wù)機(jī)制是可以保證一系列寫(xiě)操作要么全部完成，要么全部不會(huì)完成，不會(huì)發(fā)生只完成一系列中一兩個(gè)

寫(xiě)操作;因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)不提供這種事務(wù)機(jī)制支持，開(kāi)發(fā)者需要自己編寫(xiě)代碼來(lái)確保一系列寫(xiě)操作的事務(wù)機(jī)制，比較復(fù)雜和測(cè)試。

這些NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)不提供事務(wù)機(jī)制原因在于其分布式特點(diǎn)，一系列寫(xiě)操作中訪問(wèn)的數(shù)據(jù)可能位于不同的分區(qū)服務(wù)器，這樣的事務(wù)就變成分布式事務(wù)，在分

布式事務(wù)中實(shí)現(xiàn)原子性需要彼此協(xié)調(diào)，而協(xié)調(diào)是耗費(fèi)時(shí)間的，每臺(tái)機(jī)器在一個(gè)大事務(wù)過(guò)程中必須依次確認(rèn)，這就需要一種協(xié)議確保一個(gè)事務(wù)中沒(méi)有任何一臺(tái)機(jī)器寫(xiě)操

作失敗。

這種協(xié)調(diào)是昂貴的，會(huì)增加延遲時(shí)間，關(guān)鍵問(wèn)題是，當(dāng)協(xié)調(diào)沒(méi)有完成時(shí)，其他操作是不能讀取事務(wù)中寫(xiě)操作結(jié)果的，這是因?yàn)槭聞?wù)的all-or-

nothing原理導(dǎo)致，萬(wàn)一協(xié)調(diào)過(guò)程發(fā)現(xiàn)某個(gè)寫(xiě)操作不能完成，那么需要將其他寫(xiě)操作成功的進(jìn)行回滾。針對(duì)分布式事務(wù)的分布式協(xié)調(diào)對(duì)整體數(shù)據(jù)庫(kù)性能有嚴(yán)重

影響，不只是吞吐量還包括延遲時(shí)間，這樣大部分NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)因?yàn)樾阅軉?wèn)題就選擇不提供分布式事務(wù)。

MongoDB, Riak, HBase, 和 Cassandra提供基于單一鍵的事務(wù)，這是因?yàn)樗行畔⒍己鸵粋€(gè)鍵key有關(guān)，這個(gè)鍵是存儲(chǔ)在單個(gè)服務(wù)器上，這樣基于單鍵的事務(wù)不會(huì)帶來(lái)復(fù)雜的分布式協(xié)調(diào)。

那么看來(lái)擴(kuò)展性性能和分布式事務(wù)是一對(duì)矛盾，總要有取舍?實(shí)際上是不完全是，現(xiàn)在完全有可能提供高擴(kuò)展的性能同時(shí)提供分布式原子事務(wù)。

FIT是這樣一個(gè)在分布式系統(tǒng)提供原子事務(wù)的策略，在fairness公平性, isolation隔離性, 和throughput吞吐量(簡(jiǎn)稱FIT)可以權(quán)衡。

一個(gè)支持分布式事務(wù)的可伸縮分布式系統(tǒng)能夠完成這三個(gè)屬性中兩個(gè)，公平是事務(wù)之間不會(huì)相互影響造成延遲;隔離性提供一種幻覺(jué)好像整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有它自

己一個(gè)事務(wù)，隔離性保證當(dāng)任何同時(shí)發(fā)生的事務(wù)發(fā)生沖突時(shí)，能夠保證彼此能看到彼此的寫(xiě)操作結(jié)果，因此減輕了程序員為避免事務(wù)讀寫(xiě)沖突的強(qiáng)邏輯推理要求;吞

吐量是指每單元時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)能夠并發(fā)處理多少事務(wù)。

FIT是如下進(jìn)行權(quán)衡：

保證公平性fairness 和隔離性isolation, 但是犧牲吞吐量

保證公平性fairness和吞吐量, 犧牲隔離性isolation

保證隔離性isolation和吞吐量throughput, 但是犧牲公平性fairness.

犧牲公平性：放棄公平性，數(shù)據(jù)庫(kù)能有更多機(jī)會(huì)降低分布式事務(wù)的成本，主要成本是分布式協(xié)調(diào)帶來(lái)的，也就是說(shuō)，不需要在每個(gè)事務(wù)過(guò)程內(nèi)對(duì)每個(gè)機(jī)器都依

次確認(rèn)事務(wù)完成，這樣排隊(duì)式的確認(rèn)commit事務(wù)是很浪費(fèi)時(shí)間的，放棄公平性，意味著可以在事務(wù)外面進(jìn)行協(xié)調(diào)，這樣就只是增加了協(xié)調(diào)時(shí)間，不會(huì)增加互相

沖突事務(wù)因?yàn)楸舜藳_突而不能運(yùn)行所耽擱的時(shí)間，當(dāng)系統(tǒng)不需要公平性時(shí)，需要根據(jù)事務(wù)的優(yōu)先級(jí)或延遲等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行指定先后執(zhí)行順序，這樣就能夠獲得很好的吞吐

量。

G-Store是一種放棄公平性的 Isolation-Throughput

的分布式key-value存儲(chǔ)，支持多鍵事務(wù)(multi-key transactions)，MongoDB 和

HBase在鍵key在同樣分區(qū)上也支持多鍵事務(wù)，但是不支持跨分區(qū)的事務(wù)。

總之：傳統(tǒng)分布式事務(wù)性能不佳的原因是確保原子性(分布式協(xié)調(diào))和隔離性同時(shí)重疊，創(chuàng)建一個(gè)高吞吐量分布式事務(wù)的關(guān)鍵是分離這兩種關(guān)注，這種分離原

子性和隔離性的視角將導(dǎo)致兩種類型的系統(tǒng)，第一種選擇是弱隔離性能讓沖突事務(wù)并行執(zhí)行和確認(rèn)提交;第二個(gè)選擇重新排序原子性和隔離性機(jī)制保證它們不會(huì)某個(gè)

時(shí)間重疊，這是一種放棄公平的事務(wù)執(zhí)行，所謂放棄公平就是不再同時(shí)照顧原子性和隔離性了，有所傾斜，放棄高標(biāo)準(zhǔn)道德要求就會(huì)帶來(lái)高自由高效率。

當(dāng)前標(biāo)題：CRC32C語(yǔ)言函數(shù),c語(yǔ)言 crc
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