MongoDB 如何执行事务/加锁?

参考回答

MongoDB 支持 事务（Transactions） 和 锁机制 来确保数据一致性和操作的原子性。事务允许在多个文档和多个集合之间执行 ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）操作，而锁机制用于控制并发访问以防止数据不一致。

MongoDB 事务

1. 单文档事务

• MongoDB 的单文档操作（如插入、更新和删除）本身是原子的。
• 如果应用场景只涉及单个文档，不需要显式使用事务。

2. 多文档事务

• 在需要跨多个文档或集合执行一致性操作时，可以使用事务。
• 多文档事务仅在 副本集（Replica Set） 或 分片集群（Sharded Cluster） 中受支持。

事务使用示例

在副本集环境中执行事务

步骤：
1. 启动事务：
使用 startTransaction 开启事务。
2. 执行操作：
在事务范围内执行读写操作。
3. 提交或回滚事务：
根据需要选择 commitTransaction 或 abortTransaction。

示例（Node.js）：

const { MongoClient } = require('mongodb');

async function runTransaction() {
    const client = new MongoClient('mongodb://localhost:27017');
    await client.connect();
    const session = client.startSession();

    try {
        session.startTransaction();

        const db = client.db('myDatabase');
        const users = db.collection('users');
        const orders = db.collection('orders');

        // 操作 1：更新用户余额
        await users.updateOne({ _id: 1 }, { $inc: { balance: -100 } }, { session });

        // 操作 2：记录订单
        await orders.insertOne({ userId: 1, amount: 100 }, { session });

        // 提交事务
        await session.commitTransaction();
    } catch (error) {
        // 发生错误，回滚事务
        await session.abortTransaction();
        console.error('Transaction aborted:', error);
    } finally {
        await session.endSession();
        await client.close();
    }
}

runTransaction();

在分片集群中执行事务

• 事务在分片集群中支持，但所有集合必须启用分片。
• 操作会通过 mongos 路由到相应的分片。

MongoDB 的锁机制

1. 锁的类型

MongoDB 使用分层锁（Granularity Locks），以提升并发性能。以下是主要的锁类型：

1. 全局锁（Global Lock）：
   • 影响整个数据库实例的锁。
   • 适用于维护操作（如备份、分片平衡）。
2. 数据库锁（Database Lock）：
   • 作用于单个数据库。
3. 集合锁（Collection Lock）：
   • 作用于单个集合。
4. 文档锁（Document Lock）：
   • MongoDB 采用文档级锁（Document-Level Lock），这是默认锁粒度，用于控制单个文档的并发访问。

2. 锁的读写模式

MongoDB 的锁分为 共享锁（读锁） 和 独占锁（写锁）：
1. 读锁：
– 多个读操作可以并发执行，但会阻止写操作。
2. 写锁：
– 写操作需要独占锁，阻止其他读和写操作。

3. 查看锁状态

可以使用以下命令查看当前锁的状态：

db.serverStatus().locks

示例返回：

{
    "Global": {
        "acquireCount": { "r": 100, "w": 10 },
        "timeAcquiringMicros": { "r": 5000, "w": 2000 }
    },
    "Database": {
        "acquireCount": { "r": 50, "w": 5 }
    },
    "Collection": {
        "acquireCount": { "r": 30, "w": 2 }
    }
}

• r：读锁。
• w：写锁。

MongoDB 事务与锁机制的比较

事务的注意事项

1. 性能开销：
   • 事务会增加资源使用，如内存和锁时间。
   • 应尽量缩小事务的执行时间，避免阻塞其他操作。
2. 超时时间：
   • 默认事务的最大持续时间为 60 秒（可配置）。
   • 超时后，事务会自动回滚。
3. 事务隔离级别：
   • MongoDB 默认提供 读未提交（Read Uncommitted） 隔离级别。
   • 需要更高隔离级别时，可以结合 snapshot 功能使用。

总结

MongoDB 提供了 事务 和 锁机制 来确保数据一致性：
1. 事务：
– 用于跨文档、跨集合甚至跨数据库的复杂操作，支持 ACID 特性。
– 适用于需要严格一致性的场景（如金融系统）。

2. 锁机制：
   • 用于控制并发访问，主要是文档级锁（Document-Level Lock），粒度更细。
   • 提升了高并发环境下的性能。

合理选择事务和锁机制，能在保障数据一致性的同时，最大化系统性能。