Google Spanner事務機制解析: 我的事務為什么被中止?Transaction was aborted

目前公司幾乎所有的項目都使用Spanner,在我們部署的項目中發現偶爾會有Transaction was aborted的情況,報錯如下:

Transaction was aborted

很多同學可能以為是死鎖才會導致Transaction被中止,其實并不是,是一個比死鎖更寬泛的情況——事務讀寫沖突,讀鎖被aborted,因此事務被aborted。

下面解釋讀鎖為什么會被aborted。

閱讀本文之前最好能夠理解事務隔離級別,下面不會詳細講解隔離級別的知識。

Spanner事務隔離

Spanner的事務是可串行化的(Serializable),可串行化是最高隔離級別,每個事務看起來像是串行執行的,也就是每個事務從外部看起來是有順序的,這就是可串行化。并且外部觀察到的執行順序與每個事務的commit timestamp順序相同,這就是Spanner所說的外部一致性(External Consistency)

如何保證外部一致性

外部一致性 = 可串行化 + commit timestamp決定事務順序

先說說可串行化,大家熟悉的InnoDB是使用加悲觀鎖的方式實現可串行化,讀操作加讀鎖,寫操作加寫鎖,事務A如果要寫已經被事務B加上鎖的數據,則需要等待事務B釋放鎖,MySQL對鎖100%是采取等待的方式,這也是為什么會出現死鎖,因為雙方互相等待,InnoDB中事務的讀寫沖突本身不會導致事務被中止。

那么Spanner有什么不同呢?

Spanner不是100%采取等待的方式,它可能會abort別的事務的鎖,鎖被aborted的事務就會中止。這就是Spanner文檔中所說的傷停等待(wound-wait),abort鎖導致事務中止就是傷停。我們知道讀鎖和讀鎖是不沖突的,因此只有讀鎖和寫鎖才是沖突的,那么說明是一方讀另一方寫時可能會造成某一方被aborted。

是哪一方會被aborted呢?

年輕的事務

怎么區分年輕和年老?

越早啟動的事務越年老,越晚啟動的事務越年輕,什么叫啟動?每個事務第一次進行讀寫操作時,Spanner會為其生成一個start timestamp,即為啟動時間。這里注意,是進行第一次讀寫時的,而不是begin一個Transaction時

在Spanner中,只有Read操作會被馬上執行并獲取鎖,Write操作都會被緩存在client本地,并沒有真的Write,也不會獲取鎖,只有commit被調用后才會一次性發送到server,嘗試執行并獲取鎖,因此一個pending的事務是沒有寫鎖的,只有讀鎖。那么讀寫沖突的產生就一定是在一個事務pending另一個事務commit時,pending的事務持有讀鎖,而commit的事務想要獲取寫鎖,此時:

  1. 如果commit事務比pending事務年輕,那么它需要等待pending事務主動釋放讀鎖,才能獲取寫鎖,此時采用等待策略。
  2. 如果commit事務比pending事務年老,那么它會直接abort掉pending事務的讀鎖,成功獲取寫鎖并提交, 此時采用傷停策略,pending事務被aborted。

舉個栗子

等待策略(年輕事務等待年老事務釋放鎖)

先說一下我們最熟悉的等待策略,也是InnoDB的鎖策略。

  • 首先我們begin兩個事務,注意:此時并不會給事務生成start timestamp,因此begin的順序是不影響結果的。
  • 在左邊的事務(下稱事務A)中select * from ID為0的數據,此時事務A進行了第一個讀操作,Spanner為其生成start timestamp。
  • 緊接著在右邊的事務(下稱事務B)中select * from 同一行數據,此時事務B進行了第一個讀操作,生成start timestamp,那么這個timestamp一定是晚于事務A的,因此事務A更年老、事務B更年輕。
  • 然后事務B立即更新同一行數據的LastName列,并且commit。
  • 由于事務B更年輕,因此其commit將不會返回成功,而是一直等待,需要等待年老的事務A釋放鎖。


    年輕事務等待年老事務釋放鎖

傷停策略(年輕事務被aborted)

  • 首先我們begin兩個事務,注意:此時并不會給事務生成start timestamp,因此begin的順序是不影響結果的。
  • 在左邊的事務(下稱事務A)中select * from ID為0的數據,此時事務A進行了第一個讀操作,Spanner為其生成start timestamp
  • 緊接著在右邊的事務(下稱事務B)中select * from 同一行數據,此時事務B進行了第一個讀操作,生成start timestamp,那么這個timestamp一定是晚于事務A的,因此事務A更年老、事務B更年輕。
  • 事務A更新這一行的LastName
  • 事務A commit,此時A會獲取LastName列的寫鎖,而發現B已經占有讀鎖,對比timestamp發現B更年輕,因此直接abrot B事務的讀鎖,最后成功提交
  • 事務B在A提交后也進行update,發現自己已被aborted,結束。


    年輕事務被aborted

需要注意的是,Spanner獲取鎖的粒度是列,不是行,因此沖突是在列上,報錯將會是

conflict on keys in range (xxx), column LastName in table Singers

總結

可以看出,如果同一個包含讀寫沖突的事務代碼在短時間內被執行兩次,且先執行的先commit了,就會出現后執行的那個事務被aborted的情況,這也是開頭講到的,我們會收到Transaction was aborted的原因。

或者是,有兩個不同的事務代碼,緊接著被執行,且它們有讀寫沖突,年老的事務先commit,就會造成年輕事務aborted。

Spanner的SDK都有提供事務重試,根據Spanner文檔,重試的事務將會以舊的timestamp重啟,因此事務不會出現餓死的現象,最終一定有機會被執行成功。

更佳實踐

但是我們還是應該思考,這些沖突的事務是真的需要每一個都得到執行,還是只是不小心被重復調用,只執行其中一個就能滿足業務?如果執行一次就能滿足業務,那么其他的重復事務會造成Spanner的資源浪費,因此被aborted的事務會重試,如果多個事務一起重試,還是可能會出現aborted,然后再次重試,因此需要盡量避免短時間內的無意義的重復調用。

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