PolarDB for PostgreSQL 的 DDL 同步机制深度解析

PolarDB for PostgreSQL 的 DDL 同步机制深度解析

PolarDB-for-PostgreSQL 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/pol/PolarDB-for-PostgreSQL

引言

在分布式数据库系统中，DDL（数据定义语言）操作的同步一直是一个技术难点。PolarDB for PostgreSQL 作为一款基于共享存储架构的云原生数据库，其 DDL 同步机制具有独特的设计理念和技术实现。本文将深入剖析 PolarDB 的 DDL 同步机制，帮助读者理解其工作原理和优化策略。

共享存储架构下的挑战

PolarDB 采用一主多读的共享存储架构，数据文件在集群中只有一份副本。虽然多版本并发控制（MVCC）机制可以解决普通数据操作的并发问题，但对于文件操作这类特殊场景，MVCC 却无能为力。

关键问题：文件创建、删除等操作会立即对整个集群可见，这可能导致只读节点在读取文件时文件突然消失的情况。这种"文件消失"现象会严重影响数据一致性和查询稳定性。

核心概念解析

1. LSN（日志序列号）

• 每个 LSN 都是 WAL（预写式日志）文件中条目的唯一标识符
• 全局单调递增，用于标识操作顺序

2. Apply LSN

• 表示只读节点上 WAL 日志的应用位置
• 是判断操作同步进度的关键指标

DDL 同步机制详解

DDL 锁的核心作用

PolarDB 使用 AccessExclusiveLocks（DDL 锁）作为同步 DDL 操作的核心机制。这是 PostgreSQL 中最高级别的表锁，与其他所有级别的锁都互斥。

锁获取流程：

1. 主节点在 WAL 日志中记录 DDL 锁的 LSN
2. 只读节点应用 WAL 日志时，当应用位置超过锁的 LSN 即视为获取锁
3. 事务结束后释放 DDL 锁

集群级锁获取条件

主节点只有在所有只读节点都通过 WAL 应用获取到 DDL 锁后，才认为该锁在集群级别被获取。此时：

• 主节点和所有只读节点都不能访问该表
• 主节点可以安全执行各种文件操作

数据正确性保障机制

PolarDB 通过严格的执行顺序保证数据一致性：

1. 所有节点上的查询完成
2. 主节点获取全局 DDL 锁
3. 主节点写入数据
4. 主节点释放全局 DDL 锁
5. 各节点开始新查询

这种机制遵循两阶段锁协议（2PL），确保在数据写入共享存储时不会有任何查询操作，从根本上保证了数据一致性。

只读节点的 DDL 锁应用优化

同步模式的问题

在原始同步机制中，DDL 锁的获取与主从同步共用同一进程。当 DDL 锁获取被阻塞时，会导致：

• 数据同步延迟（默认超时30秒）
• 高负载下可能产生严重的数据延迟
• 系统稳定性风险增加

异步应用机制

PolarDB 引入了创新的异步 DDL 锁应用机制：

1. 将锁获取操作从主应用进程卸载到专门的锁应用进程
2. 主应用进程立即返回，不受锁获取阻塞影响
3. 采用"先尝试主进程获取，失败再异步获取"的智能策略

优势：

• 显著减少因锁冲突导致的应用延迟
• 保持系统在高负载下的稳定性
• 进程间同步开销最小化

正确性保障

异步模式下虽然执行者发生变化，但执行逻辑保持不变：

• 全局 DDL 锁获取期间仍禁止所有查询
• 数据写入的原子性和隔离性不受影响
• 最终一致性得到保证

总结

PolarDB for PostgreSQL 的 DDL 同步机制通过创新的 DDL 锁管理和异步应用优化，在共享存储架构下实现了高效可靠的 DDL 操作同步。这种设计既保证了数据一致性，又提升了系统性能，展现了 PolarDB 在分布式数据库领域的技术深度。

对于数据库管理员和开发者而言，理解这些机制有助于更好地设计数据模型和优化 DDL 操作策略，从而充分发挥 PolarDB 的性能优势。

PolarDB-for-PostgreSQL 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/pol/PolarDB-for-PostgreSQL