嵌入式數(shù)據(jù)庫中的變更數(shù)據(jù)捕獲

變更數(shù)據(jù)捕獲 （CDC） 廣義上定義為跟蹤數(shù)據(jù)庫中的變更。跟蹤更改的目的多種多樣。嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的 CDC 可以通過幾種不同的方式實現(xiàn)，這些方式有時對應用程序是不可見的，也可以通過這些方式實現(xiàn)應用程序用于數(shù)據(jù)共享、響應事件和增量備份。

在嵌入式數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)CDC的第一個（也可能是最明顯的）是實現(xiàn)事務的ACID屬性的一部分：原子性，一致性，隔離性和持久性。將事務成功應用于數(shù)據(jù)庫會將該數(shù)據(jù)庫從一個一致狀態(tài)移動到一個新的一致狀態(tài)。相反，不成功將事務應用于數(shù)據(jù)庫必須將數(shù)據(jù)庫返回到在成功應用事務之前存在的一致狀態(tài)。為了滿足這些要求，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須跟蹤更改。實現(xiàn)細節(jié)因數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)而異，甚至在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)系列中，從純內存中數(shù)據(jù)庫、持久內存中數(shù)據(jù)庫以及部分或完全持久數(shù)據(jù)庫（混合數(shù)據(jù)庫）也有所不同。

對于純內存數(shù)據(jù)庫，沒有記錄更改的事務日志。因此，在事務處于活動狀態(tài)時，更改或更改記錄的前映像都需要保存在緩沖區(qū)中，以便在事務中止時可以將數(shù)據(jù)庫還原到其事務前狀態(tài)。

對于具有持久性的內存中數(shù)據(jù)庫，所有更改也會追加到存儲在持久性媒體上的事務日志中，該事務日志可在崩潰后重播以進行恢復。

對于持久性（基于磁盤的）數(shù)據(jù)庫，還利用事務日志記錄來優(yōu)化性能和支持從崩潰中恢復。在這種情況下，可以提供兩種形式的事務日志記錄：撤消日志記錄和預寫日志記錄 （WAL）。WAL 如上一段所述。撤消日志記錄將已更改記錄的前映像寫入事務日志文件。在發(fā)生崩潰時，UNDO 日志信息用于回滾不完整的事務（即將數(shù)據(jù)庫返回到上一個一致狀態(tài)）。

CDC在某些數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的另一個內部用途是通過MVCC（多版本并發(fā)控制）實現(xiàn)樂觀并發(fā)控制。樂觀并發(fā)控制意味著應用程序不必獲取鎖，這也意味著應用程序永遠不必等待另一個應用程序持有的鎖。這要求數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知道兩個應用程序是否同時嘗試修改同一個數(shù)據(jù)庫對象。這是通過跟蹤提交事務時檢查的版本號來完成的（因此稱為多版本并發(fā)控制）。如果對象的版本在應用程序獲取對象副本和應用程序想要提交對該對象的更改之間發(fā)生了更改，則意味著另一個應用程序首先修改了基礎對象，必須中止并重試此事務。MVCC 背后的理論是，這種沖突很少見，并且偶爾重試比總是必須獲取鎖并可能使用這些鎖阻止其他應用程序更有效。

CDC 還用于需要“五個 9”可用性（即 99.999% 正常運行時間）的系統(tǒng)的高可用性 （HA） 實施中。HA 由不同的數(shù)據(jù)庫供應商以不同的方式實現(xiàn)：實時事務復制、SQL 語句復制、日志文件轉發(fā)等。有所謂的 1-safe（又名惰性、異步）和 2-safe（又名 eager、同步）實現(xiàn)。例如，實時事務復制可以是 1 安全或 2 安全（在eXtremeDB 中，我們將其稱為時間識別兩階段提交）;日志轉發(fā)本質上是 1 安全的。

CDC 可在嵌入式數(shù)據(jù)庫和/或第三方系統(tǒng)中用于可在應用程序中使用的其他目的：開放復制、觸發(fā)器/事件通知和增量備份。

一些嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)復制，例如，支持高可用性和/或數(shù)據(jù)庫集群。此類系統(tǒng)使得在同一數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兩個或多個實例之間復制數(shù)據(jù)或事務變得容易，但是當需要從嵌入式數(shù)據(jù)庫復制到任何其他目標時，它們不是解決方案。有第三方產(chǎn)品試圖填補這一空白，例如Actian DataConnect和Oracle Golden Gate?；蛘咄ㄟ^自定義提取-轉換-加載 （ETL） 解決方案，該解決方案可能對源和/或目標數(shù)據(jù)庫中的更改敏感。

觸發(fā)器和事件通知方案是變更數(shù)據(jù)捕獲的典型用例。畢竟，觸發(fā)器是在指定表的 INSERT、UPDATE 或 DELETE 語句執(zhí)行時觸發(fā)的。換句話說，數(shù)據(jù)已經(jīng)改變，觸發(fā)器捕獲了該變化，以便周圍系統(tǒng)以某種方式采取行動。

嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中變更數(shù)據(jù)捕獲的最后一個重要目的是實現(xiàn)增量備份設施。增量備份方案必須知道在上次完整快照或上次增量備份之間數(shù)據(jù)庫中發(fā)生的增量更改。

結論

變更數(shù)據(jù)捕獲是任何數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的核心。它有助于實現(xiàn)并發(fā)性和持久性、復制、觸發(fā)器/事件通知以及備份和還原的 ACID 屬性。

審核編輯：郭婷