作为一个分布式数据库，CockroachDB有一个鲜明的特性，就是支持ACID 事务。近日，Cockroach Labs团队成员 Matt Tracy撰文介绍了CockroachDB 如何在不使用锁的情况下实现原子事务。
CockroachDB 的原子事务策略总共包含如下五个基本步骤。
1.“开关（Switch）”：CockroachDB 事务记录
在开始一个事务之前，写进程首先会创建一个包含如下字段的 事务记录 ：
写进程会使用一个专门的 CockroachDB 命令 BeginTransaction() 存储事务记录。事务记录或者开关不能并行访问，只能严格按照顺序进行读 / 写操作。事务记录的 PENDING 或 ABORTED 状态对应开关的“off”状态，COMMITTED 对应“on”。
2.“暂存（Stage）”：Write Intent
写进程会准备好多个数据库变更，但并不会覆盖任何现有值。为了 暂存 一个事务中的变更，CockroachDB 使用了一个名为 Write Intent 的结构。任何时候，一个值作为一个事务的一部分写入到一个键，它都会生成一个 Write Intent。Write Intent 结构中还包含指示事务记录存储位置的键。
另外，还有一个规则，就是任何键都有且仅有一个 Write Intent（Matt 在此并未考虑事务并发）。
3.“过滤（Filter）”：读取 Write Intent
对于任何有暂存值的键，在读取时都必须检查事务开关的状态。如果开关状态为“off”，则返回该键的原值；如果开关状态为“on”，则返回暂存值。也就是说，如果一个键有暂存值，那么对该键的所有读取操作都必须使用开关状态过滤，具体步骤如下：
4.“按开关（Flip）”：提交事务
当写进程准备好事务中的所有变更后，它会打开开关（即将事务记录更新成 COMMITTED，开关状态置为“on”）。事务生成的所有 Write Intent 都会立即生效；之后发生的任何读取操作在看到事务已经提交后都会返回 Write Intent 中的暂存值。
另外，将事务记录的状态置为 ABORTED 可以终止事务，之后发生的读取操作将忽略这个事务生成的 Write Intent。
5.“解除暂存（Unstage）”：清除 Write Intent
前面 4 个步骤已经可以提供原子事务；但是，第 2 步开销很大，因此，在事务完成后，CockroachDB 会尽快清除暂存值。如果事务成功，那么暂存值会取代原值；如果失败，那么暂存值会被丢弃。总之，如果一个键没有 Write Intent，那么读取操作就无需过滤，也就可以以适当的分布式方式完成。需要注意的是，解除暂存是异步的，并不需要在事务 COMMITTED 之前完成。
网友 RJ Ryan 对 Matt 所谓的“无锁（lockless）”提出了质疑。他认为，开关和 Write Intent 看起来跟锁类似。对此，Matt 答复说：
Matt 指出，如果读者对 CockroachDB 的完整事务模型感兴趣，可以查看GitHub 上的详细设计文档。Tobias Schottdorf也是 CockroachDB 项目的贡献者。他在回复网友的评论时指出，虽然 CockroachDB 的原子事务策略与使用 MS-DTC 的 SQL Server 分布式事务处理一样都是 2PC，但它们并不相同。XA 有准备和提交两个阶段，提交阶段实际上要做大量的工作。但在 Cockroach 中，“准备”阶段就将值写到了它们最终应该存在的位置，所以“提交”阶段只需要对单个键执行一次写操作，几乎不做什么工作。
另外，在介绍完 CockroachDB 的原子事务策略后，Matt 还特别介绍了 CockroachDB 的清除操作，感兴趣的读者可以进一步阅读。
感谢郭蕾对本文的审校。
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