YugabyteDB YCQL中的ACID事务实现详解-优快云博客

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YugabyteDB YCQL中的ACID事务实现详解

yugabyte-db yugabyte/yugabyte-db: 是 YugaByte DB 的官方仓库，一个高性能、高可扩展、分布式的 SQL 数据库，支持 PostgreSQL 兼容性。适合对分布式数据库、SQL 数据库和云原生应用的开发者。项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/yu/yugabyte-db

什么是ACID事务

在分布式数据库系统中，ACID事务是指具有以下四个关键特性的操作序列：

原子性(Atomicity)：事务中的所有操作要么全部完成，要么全部不完成
一致性(Consistency)：事务执行前后，数据库从一个一致状态变到另一个一致状态
隔离性(Isolation)：并发执行的事务之间互不干扰
持久性(Durability)：事务一旦提交，其结果就是永久性的

YugabyteDB在其YCQL API中实现了这些ACID特性，为分布式环境下的数据操作提供了可靠保证。

YCQL中的事务支持

事务隔离级别

YugabyteDB的YCQL API目前支持**快照隔离(Snapshot Isolation)**级别。这意味着：

每个事务看到的是数据库在某个时间点的快照
写操作不会阻塞读操作
读操作不会阻塞写操作
如果两个事务修改相同的数据项，只有一个能提交成功

启用表的事务支持

在YCQL中，默认情况下表不支持事务。要启用事务功能，需要在创建表时显式设置transactions属性：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS accounts (
  account_name varchar,
  account_type varchar,
  balance float,
  PRIMARY KEY ((account_name), account_type)
) WITH transactions = { 'enabled' : true };

可以通过查询系统表来验证事务是否已启用：

SELECT keyspace_name, table_name, transactions 
FROM system_schema.tables
WHERE keyspace_name='banking' AND table_name = 'accounts';

银行转账示例

让我们通过一个银行账户转账的经典示例来理解YCQL事务的实际应用。

1. 初始化数据

首先创建银行账户表并插入一些初始数据：

CREATE KEYSPACE banking;

CREATE TABLE banking.accounts (
  account_name varchar,
  account_type varchar,
  balance float,
  PRIMARY KEY ((account_name), account_type)
) WITH transactions = { 'enabled' : true };

-- 插入初始数据
INSERT INTO banking.accounts VALUES ('John', 'savings', 1000);
INSERT INTO banking.accounts VALUES ('John', 'checking', 100);
INSERT INTO banking.accounts VALUES ('Smith', 'savings', 2000);
INSERT INTO banking.accounts VALUES ('Smith', 'checking', 50);

2. 执行转账事务

假设John要从储蓄账户向支票账户转账200美元，这需要保证两个操作的原子性：

BEGIN TRANSACTION
  UPDATE banking.accounts SET balance = balance - 200 
  WHERE account_name='John' AND account_type='savings';
  
  UPDATE banking.accounts SET balance = balance + 200 
  WHERE account_name='John' AND account_type='checking';
END TRANSACTION;

这个事务保证了：

要么两个更新都成功执行
要么都不执行
其他事务看到的是转账前或转账后的状态，不会看到中间状态

3. 验证事务特性

我们可以检查数据变更和时间戳来验证事务特性：

-- 检查John的账户余额
SELECT account_name, account_type, balance, writetime(balance)
FROM banking.accounts WHERE account_name='John';

结果会显示两个账户的更新时间戳相同，证明它们是在同一个事务中被修改的。

Java应用中的事务实现

在Java应用程序中使用YCQL事务，可以通过以下方式：

1. 创建支持事务的表

String createStmt = 
  "CREATE TABLE IF NOT EXISTS " + tableName + 
  " (k varchar, v varchar, primary key (k)) " +
  "WITH transactions = { 'enabled' : true };";

2. 执行事务操作

String transaction = 
  "BEGIN TRANSACTION" +
  "  INSERT INTO " + tableName + " (k, v) VALUES (:k1, :v1);" +
  "  INSERT INTO " + tableName + " (k, v) VALUES (:k2, :v2);" +
  "END TRANSACTION;";

PreparedStatement pstmt = client.prepare(transaction);

BoundStatement boundStmt = pstmt.bind()
  .setString("k1", key1)
  .setString("v1", value1)
  .setString("k2", key2)
  .setString("v2", value2);

ResultSet resultSet = client.execute(boundStmt);

重要注意事项

线性一致性问题

在使用Java驱动程序时，默认的重试策略可能导致线性一致性问题：

默认的DefaultRetryPolicy会在客户端超时时重试请求
在网络分区情况下，可能导致客户端认为操作成功，但实际上数据可能被旧值覆盖

解决方案是使用NoRetryOnClientTimeoutPolicy策略：

// 创建不重试客户端超时的策略
Cluster cluster = Cluster.builder()
  .addContactPoints(contactPoints)
  .withRetryPolicy(new NoRetryOnClientTimeoutPolicy())
  .build();

这样当操作超时时会抛出OperationTimedOutException，由应用层处理超时情况，避免潜在的一致性问题。