[發明專利]一種時態圖數據庫分布式事務解決系統

有效

• 申請號: 202011130789.4
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112214649B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 蔣金凱;林學練;宋景和;馬帥
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F16/901
• 分類號: G06F16/901;G06F16/903
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

本發明通過人工智能領域的方法，實現了一種時態圖數據庫分布式事務解決系統，設置客戶端、master中心節點，Coordinator，participant結構，通過設計改進兩階段提交對時態圖數據庫分布式事務進行擴展，并設計時態圖數據庫在分布式環境中的并發控制機制以及故障恢復機制，對兩階段流程的改進與內存MVCC的設計，提升了在分布式環境中對時態圖數據操作的速度，并與現有其他支持事務的分布式數據庫TiDB相比有更好的性能，在時態圖數據的存儲上可以很好的提高讀寫的并發性能，同時縮小事務執行的時間。

技術領域

本發明涉及人工智能領域，尤其涉及一種時態圖數據庫分布式事務解決系統。

背景技術

物聯網的發展使得數據每時每刻都在不停的產生，不斷產生的數據攜帶著時間屬性，使得我們能夠使用時態屬性進行分析應用。時態圖數據的主要特點有以下幾點：圖結構變化少，時態屬性不斷生成，數據量巨大，并發高。對于時態圖數據的存儲，出現了許多解決方案，但是要將其在分布式數據庫中正確的存儲，始終繞不開的一個話題就是分布式事務。

數據庫事務是構成單一邏輯工作單元的操作集合，可以避免出現部分操作成功和多個用戶同時操縱數據庫時出現異常等情況。事務具有ACID(原子性、一致性、隔離性、持久性)四大特性，主要通過并發控制與日志恢復實現。傳統的并發控制方式主要有基于鎖實現、基于時間戳實現、基于有效性檢查實現、多版本并發控制等幾種方式。日志恢復技術主要包括undo日志、redo日志和設置檢查點，通過這三種方式結合可以避免事務故障與系統故障。

事務的類型可以分為flat transaction、Checkpoints and save pointstransaction、Distributed and nested transactions和Chained transactions。不同的事務類型有不同的適用場景，flat transaction在當下的系統中最常見，所有操作都是處于同一層次，其由BEGINWORK開始，由COMMIT WORK或ROLLBACK WORK結束，期間的操作是原子的，要么都執行，要么都回滾。現有的TGraph事務為單機事務，僅適用于單機數據庫。而對于時態圖數據而言，單機數據庫存在許多局限，如單機系統在并發性能上依舊欠佳，無法支持高并發的場景。不僅如此，單機TGraph存儲容量存在上限，而時態圖數據是源源不斷的寫入，理論上是不存在上限的，故單機節點也難以保證超大時態圖數據的存儲。最后，單機TGraph若發生故障，則整個系統將無法提供服務，而時態圖數據是不斷寫入的，需要系統能長時間穩定的支持時態圖數據的讀寫服務。因此時態圖數據庫更適合在分布式環境中存儲，而TGraph單機事務僅針對數據單機存放，不適用于分布式場景，其并發控制采用的兩階段鎖在分布式環境中的表現也非常差。本專利事務類型為分布式事務(Distributedtransaction)，分布式事務依據視圖拓撲結構將頂層事務才分為多個子事務，子事務一般為flat transaction。

分布式事務的經典設計模型有兩階段提交、三階段提交、補償事務、消息隊列等。兩階段提交與三階段提交分別將事務分為兩個階段和三個階段，保證了原子性，卻使得事務的性能也非常的差。與兩階段、三階段提交不同的是，補償事務、消息隊列是在業務層面進行兩階段，可以針對業務來確定加鎖粒度等、但是二者又有區別，消息隊列是異步的，而補償事務是同步的。

現有的分布式事務以TiDB為代表，采用兩階段提交的方式對事物進行提交，在并發控制時，事務兩次從中心節點獲取時間戳作為起始版本號，并基于該版本號進行并發控制，但是它不適用于時態圖的存儲，事務網絡交互過多也帶來了一定隱患。其原因在于，首先，由于整個事務處理流程網絡交互很多，網絡交互的增加將會為系統帶來更多的不確定性。常用的應對方法為將小事務進行合并，合成一個大事務進行處理。然而在許多場景下是無法將小事務合并為大事務處理的。其次TiDB沒有對時態圖數據進行特定的設計底層的存儲，TiKV的存儲模塊設計既不適合圖數據的存儲，也不適合時態數據的存儲。

那么，就需要對現有技術進行如下方向的改進：