11.原子事务

# 11. 原子事务

事务允许以原子性方式执行多个更新操作（要么全部执行，要么全部不执行）。在上一章中，更新一行数据可能会导致多个键值对（KV）更新（由于二级索引的存在），这些更新不具备原子性，如果被中断（不具备抗崩溃能力），可能会导致数据损坏。实现事务可以解决这个问题。

目前，我们只考虑顺序执行，并发问题将在下一章讨论。

# 11.1 键值对事务接口

第一步是添加键值对事务类型。

// 键值对事务
type KVTX struct {
    // 后续补充……
}

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结束事务有两种方式：

通过提交事务来持久化更改。
或者通过中止事务来回滚操作。

// 开始一个事务
func (kv *KV) Begin(tx *KVTX)
// 结束一个事务：提交更新
func (kv *KV) Commit(tx *KVTX) error
// 结束一个事务：回滚
func (kv *KV) Abort(tx *KVTX)

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读取和更新键值对存储的方法被移到了事务类型中。请注意，这些方法不再会失败，因为它们不执行输入/输出（IO）操作，IO操作由提交事务时执行，提交操作可能会失败。

// 键值对操作
func (tx *KVTX) Get(key []byte) ([]byte, bool) {
    return tx.db.tree.Get(key)
}
func (tx *KVTX) Seek(key []byte, cmp int) *BIter {
    return tx.db.tree.Seek(key, cmp)
}
func (tx *KVTX) Update(req *InsertReq) bool {
    tx.db.tree.InsertEx(req)
    return req.Added
}
func (tx *KVTX) Del(req *DeleteReq) bool {
    return tx.db.tree.DeleteEx(req)
}

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# 11.2 数据库事务接口

类似地，我们也会为数据库（DB）添加事务类型，它是对键值对事务类型的包装。

// 数据库事务
type DBTX struct {
    kv KVTX
    db *DB
}

func (db *DB) Begin(tx *DBTX) {
    tx.db = db
    db.kv.Begin(&tx.kv)
}
func (db *DB) Commit(tx *DBTX) error {
    return db.kv.Commit(&tx.kv)
}
func (db *DB) Abort(tx *DBTX) {
    db.kv.Abort(&tx.kv)
}

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读取和更新方法也被移到了事务类型中。

func (tx *DBTX) TableNew(tdef *TableDef) error
func (tx *DBTX) Get(table string, rec *Record) (bool, error)
func (tx *DBTX) Set(table string, rec Record, mode int) (bool, error)
func (tx *DBTX) Delete(table string, rec Record) (bool, error)
func (tx *DBTX) Scan(table string, req *Scanner) error

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对数据库代码的修改主要是改变函数的参数，代码清单中省略这些修改内容。

# 11.3 实现键值对事务

事务类型保存了内存数据结构的副本：树的根节点指针和空闲列表头指针。

// 键值对事务
type KVTX struct {
    db *KV
    // 用于回滚
    tree struct {
        root uint64
    }
    free struct {
        head uint64
    }
}

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这用于事务回滚。回滚事务只需将指针指向之前的树的根节点，即使在写入B树数据时出现IO错误，也能轻松完成。

// 开始一个事务
func (kv *KV) Begin(tx *KVTX) {
    tx.db = kv
    tx.tree.root = kv.tree.root
    tx.free.head = kv.free.head
}

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// 回滚树和其他内存数据结构。
func rollbackTX(tx *KVTX) {
    kv := tx.db
    kv.tree.root = tx.tree.root
    kv.free.head = tx.free.head
    kv.page.nfree = 0
    kv.page.nappend = 0
    kv.page.updates = map[uint64][]byte{}
}

// 结束一个事务：回滚
func (kv *KV) Abort(tx *KVTX) {
    rollbackTX(tx)
}

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提交事务与我们之前持久化数据的方式没有太大区别，只是在提交的第一阶段出现错误时需要回滚。

// 结束一个事务：提交更新
func (kv *KV) Commit(tx *KVTX) error {
    if kv.tree.root == tx.tree.root {
        return nil // 没有更新？
    }

    // 阶段1：将页数据持久化到磁盘。
    if err := writePages(kv); err != nil {
        rollbackTX(tx)
        return err
    }

    // 页数据必须在主页面之前到达磁盘。这里使用fsync作为屏障。
    if err := kv.fp.Sync(); err != nil {
        rollbackTX(tx)
        return fmt.Errorf("fsync: %w", err)
    }

    // 此时事务已可见。
    kv.page.flushed += uint64(kv.page.nappend)

    kv.page.nfree = 0
    kv.page.nappend = 0
    kv.page.updates = map[uint64][]byte{}

    // 阶段2：更新主页面以指向新的树。
    // 注意：如果阶段2失败，无法将树回滚到旧版本。
    // 因为无法得知主页面的状态。从旧根节点更新可能会导致数据损坏。
    if err := masterStore(kv); err != nil {
        return err
    }
    if err := kv.fp.Sync(); err != nil {
        return fmt.Errorf("fsync: %w", err)
    }
    return nil
}

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本章的改动不多，因为我们省略了一个重要方面——并发，这将在下一章探讨。

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