一起写个数据库 —— 7. 死锁检测与 VM 的实现

本文原载于我的博客：https://ziyang.moe/article/mydb7.html

本章涉及代码都在 https://github.com/CN-GuoZiyang/MYDB/tree/master/src/main/java/top/guoziyang/mydb/backend/vm 中。

前言

本节将收尾 VM 层，介绍一下 MVCC 可能导致的版本跳跃问题，以及 MYDB 如何避免 2PL 导致的死锁，并将其整合为 Version Manager。

版本跳跃问题

说到版本跳跃之前，顺便提一嘴，MVCC 的实现，使得 MYDB 在撤销或是回滚事务很简单：只需要将这个事务标记为 aborted 即可。根据前一章提到的可见性，每个事务都只能看到其他 committed 的事务所产生的数据，一个 aborted 事务产生的数据，就不会对其他事务产生任何影响了，也就相当于，这个事务不曾存在过。

版本跳跃问题，考虑如下的情况，假设 X 最初只有 x0 版本，T1 和 T2 都是可重复读的隔离级别：

T1 begin
T2 begin
R1(X) // T1读取x0
R2(X) // T2读取x0
U1(X) // T1将X更新到x1
T1 commit
U2(X) // T2将X更新到x2
T2 commit

这种情况实际运行起来是没问题的，但是逻辑上不太正确。T1 将 X 从 x0 更新为了 x1，这是没错的。但是 T2 则是将 X 从 x0 更新成了 x2，跳过了 x1 版本。

读提交是允许版本跳跃的，而可重复读则是不允许版本跳跃的。解决版本跳跃的思路也很简单：如果 Ti 需要修改 X，而 X 已经被 Ti 不可见的事务 Tj 修改了，那么要求 Ti 回滚。

上一节中就总结了，Ti 不可见的 Tj，有两种情况：

1. XID(Tj) > XID(Ti)
2. Tj in SP(Ti)

于是版本跳跃的检查也就很简单了，取出要修改的数据 X 的最新提交版本，并检查该最新版本的创建者对当前事务是否可见：

public static boolean isVersionSkip(TransactionManager tm, Transaction t, Entry e) {
   
   
    long xmax = e.getXmax();
    if(t.level == 0) {
   
   
        return false;
    } else {
   
   
        return tm.isCommitted(xmax) && (xmax > t.xid || t.isInSnapshot(xmax));
  }
}

死锁检测

上一节提到了 2PL 会阻塞事务，直至持有锁的线程释放锁。可以将这种等待关系抽象成有向边，例如 Tj 在等待 Ti，就可以表示为 Tj --> Ti。这样，无数有向边就可以形成一个图（不一定是连通图）。检测死锁也就简单了，只需要查看这个图中是否有环即可。

MYDB 使用一个 LockTable 对象，在内存中维护这张图。维护结构如下：

public class LockTable {
   
   
    
    private Map<Long, List<Long>> x2u;  // 某个XID已经获得的资源的UID列表
    private Map<Long, Long> u2x;        // UID被某个XID持有
    private Map<Long, List<Long>> wait; // 正在等待UID的XID列表
    private Map<Long, Lock> waitLock;   // 正在等待资源的XID的锁
    private Map<Long, Long> waitU;      // XID正在等待的UID
    private Lock lock;

    ...
}

在每次出现等待的情况时，就尝试向图中增加一条边，并进行死锁检测。如果检测到死锁，就撤销这条边，不允许添加，并撤销该事务。

// 不需要等待则返回null，否则返回锁对象
// 会造成死锁则抛出异常
public Lock add(long xid, long uid) throws Exception {
   
   
    lock.lock();
    try {
   
   
        if(isInList(x2u, xid, uid)) {
   
   
            return null;
        }
        if(!u2x.containsKey(uid)) {
   
   
            u2x.put(uid, xid);
            putIntoList(x2u, xid, uid);
            return null;
        }
        waitU.put(xid, uid);
        putIntoList(wait, xid, uid);
        if(hasDeadLock()) {
   
   
            waitU.remove(xid);
            removeFromList(wait, uid, xid);
            throw Error.DeadlockException;
        }
        Lock l = new ReentrantLock();
        l.lock();
        waitLock.