Cassandra与Mongo的事务实现之分布式协议

摘要

NoSql不同于关系型数据库，是分布式存储，因此想要实现关系型数据库中的事务就不是那么简单了。本文结合Cassandra中的paxos和Mongo的two phase commit来谈谈Nosql如何利用分布式协议来实现事务的。

关系型数据库

读取

脏读

一个事务还未提交，另外一个事务访问此事务修改的数据并使用。
这种现象叫脏读。脏读读取了事务的中间状态数据，违背了隔离性。

幻读（table级别）

一个事务读取2次数据，得到记录条数不一致。
(可能两次读取之间另外一个事务对数据进行了增删)

不可重复读 （行级别）

在一个事务内，多次读同一数据。读取的结果不一样。原因是因为其他事务修改了数据

事务隔离级别

Read uncommitted

读未提交，当事务开始写数据，通过排他写锁来隔离，不允许其他事务同时写，但是允许其他事务读。

只有写锁，这样就可能会出现脏读、幻读、不可重复读

Read committed
读提交，通过排他写锁以及瞬间共享读锁来实现不允许脏读取，即读取数据的事务允许其他事务继续访问该行数据，但是未提交的写事务将会禁止其他事务访问该行。

有写锁+SELECT操作锁，用完释放。解决了脏读，但是可能会出现不可重复读取、幻读

大多数数据库默认级别是Read commited,如Oracle,Sql Server

Repeatable read

通过共享读锁，排他写锁来实现。基于行的读写锁，不要求范围锁，即table级别的锁，所以有可能会有幻读

可序列化

写锁+读锁，范围锁。读写锁直到事务结束后才能释放

Cassandra

Cassandra的paxos机制在这篇译文中已有详细解释了。
下面时序图方便理解。
注意acceptor节点数量由replicate factor数量决定，quorum个返回就是超过一半的replicate factor。

Cassandra只能通过轻量级事务来实现行层面的原子性和隔离性。因此没有关系型数据库那么丰富的事务操作，如开启事务，提交事务，和回滚

eg.给mike的账户加一块钱，IF就是Cassandra中的关键字，实现事务的。这样可以确保在事务中正确更改miki的账户。但是如果涉及到转账，两行记录，是实现不了的原子性操作的，因为没有回滚机制的。

UPDATE test.bank SET amount = 2WHERE name = 'mike' AND id = 123 IF amount = 1

mongo

mongo 的原子性是基于document级别，而document又是可以嵌套的，所以基本可以满足大部分情况的原子性要求。但是如果需要实现多个document的的事务。则需要两阶段协议。

2pc(2 phase commit) 两阶段即请求阶段，以及提交阶段。
相比较paxos的Proposer和Acceptor。两阶段协议也包含两种角色，一个是coordinator(协调者)，集群中一般只有1个，另外一种角色是workers(参与者)

1. 请求阶段
   coordinator通知workers准备提交或者取消事务。workers返回应答信号，当所有的workers都返回应答信号了，再进行下一阶段。
2. 提交阶段
   coordinator根据请求阶段收集到的所有结果，当所有的结果都为提交的时候，就通知所有的workers提交事务，否则取消。

参考

https://docs.mongodb.com/manual/core/write-operations-atomicity/