TiKV 中解决大事务阻塞 resolved-ts 问题的技术方案
2025-05-14 14:13:50作者:曹令琨Iris
背景与问题分析
在分布式数据库 TiKV 中,resolved-ts(解决时间戳)是一个关键指标,它表示所有早于该时间戳的事务都已被提交或回滚,系统可以安全地读取该时间点之前的数据。这个机制对于实现一致性读取、增量备份等核心功能至关重要。
然而,在 TiKV v8.3 及之前版本中,存在一个严重问题:大型事务(特别是采用流水线式提交的事务)可能会长时间阻塞 resolved-ts 的推进。这是因为当前 resolved-ts 的计算方式采用了过于严格的约束条件——取 PD 分配的时间戳和所有锁中最小时戳的最小值。当一个大型事务持有锁数小时时,resolved-ts 也会被阻塞数小时无法推进,导致依赖 resolved-ts 的服务不可用。
技术原理深入
resolved-ts 的原始定义
resolved-ts 的原始定义应该是:所有在该时间戳之前开始的事务都已经确定最终状态(已提交或已回滚)。这意味着:
- 对于已提交的事务,其修改对 resolved-ts 之后的读取可见
- 对于已回滚的事务,其修改对任何读取都不可见
- 系统可以安全地提供该时间点的一致性快照
当前实现的缺陷
当前实现将 resolved-ts 计算为 min(pd-tso, min(lock.ts))
,这实际上比原始定义更加严格。这种实现会导致:
- 虚假阻塞:即使一个事务尚未提交但确定不会影响一致性读取(如已确定会提交的事务),仍会阻塞 resolved-ts
- 长事务影响:执行时间长的流水线事务会直接导致 resolved-ts 停滞
- 系统可用性下降:CDC、备份等服务因无法获取新的 resolved-ts 而停止工作
解决方案设计
核心思路
新方案的核心是区分两种不同类型的锁:
- 活跃事务锁:事务仍在执行中,状态未确定
- 已决事务锁:事务状态已确定(通过心跳、提交或回滚消息确认)
对于已决事务锁,即使尚未完成提交/回滚流程,也不应该阻塞 resolved-ts 的推进。
关键技术组件
- 事务状态缓存:维护一个缓存来记录已确定状态的事务
- 心跳机制扩展:通过心跳消息传播事务状态信息
- 广播消息系统:快速通知各节点事务状态的变更
- 检查事务状态协议:提供高效的事务状态查询机制
实现细节
-
事务状态跟踪:
- 记录事务的最后活动时间
- 跟踪事务的提交/回滚意向
- 维护事务的最终状态确定性
-
resolved-ts 计算优化:
- 排除已确定提交事务的锁
- 快速推进已知不会冲突的事务时间窗口
- 保证计算过程的高效性
-
故障恢复机制:
- 处理节点宕机后的状态恢复
- 保证网络分区情况下的正确性
- 实现状态的持久化存储
性能与一致性保证
新方案在提升系统可用性的同时,必须保证严格的一致性:
- 安全性:绝不会将未确定状态的事务排除在 resolved-ts 计算之外
- 活性:确保 resolved-ts 最终能够推进,不会被无限阻塞
- 性能:状态跟踪和 resolved-ts 计算的开销控制在合理范围内
应用场景与收益
该优化方案将显著改善以下场景的用户体验:
- 大规模数据迁移:长时间运行的数据导入不会阻塞系统读取
- 批量数据处理:ETL 作业不影响实时查询服务
- 系统维护操作:后台维护任务不会导致监控和备份中断
- 高延迟环境:跨地域部署中网络延迟不会造成 resolved-ts 停滞
未来发展方向
- 动态调整机制:根据系统负载自动调整 resolved-ts 计算策略
- 更细粒度控制:允许不同服务设置不同的 resolved-ts 推进策略
- 混合事务支持:更好地处理混合长事务和短事务的场景
- 资源隔离:确保 resolved-ts 计算不会受到用户事务的过度影响
该解决方案的实施将显著提升 TiKV 在处理大型事务时的系统可用性和用户体验,同时保持分布式系统强一致性的核心特性。
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