認識 MongoDB 4.0 的新特性——事務（Transactions）

創宇前端發表於2018-11-06

前言

相信使用過主流的關係型資料庫的朋友對“事務（Transactions）”不會太陌生，它可以讓我們把對多張表的多次資料庫操作整合為一次原子操作，這在高併發場景下可以保證多個資料操作之間的互不干擾；並且一旦在這些操作過程任一環節中出現了錯誤，事務會中止並且讓資料回滾，這使得同時在多張表中修改資料的時候保證了資料的一致性。

以前 MongoDB 是不支援事務的，因此開發者在需要用到事務的時候，不得不借用其他工具，在業務程式碼層面去彌補資料庫的不足。隨著 4.0 版本的釋出，MongoDB 也為我們帶來了原生的事務操作，下面就讓我們一起來認識它，並通過簡單的例子瞭解如何去使用。

介紹

事務和副本集（Replica Sets）

副本集是 MongoDB 的一種主副節點架構，它使資料得到最大的可用性，避免單點故障引起的整個服務不能訪問的情況的發生。目前 MongoDB 的多表事務操作僅支援在副本集上執行，想要在本地環境安裝執行副本集可以藉助一個工具包——run-rs，以下的文章中有詳細的使用說明：

thecodebarbarian.com/introducing…

事務和會話（Sessions）

事務和會話（Sessions）關聯，一個會話同一時刻只能開啟一個事務操作，當一個會話斷開，這個會話中的事務也會結束。

事務中的函式

Session.startTransaction()

在當前會話中開始一次事務，事務開啟後就可以開始進行資料操作。在事務中執行的資料操作是對外隔離的，也就是說事務中的操作是原子性的。

Session.commitTransaction()

提交事務，將事務中對資料的修改進行儲存，然後結束當前事務，一次事務在提交之前的資料操作對外都是不可見的。

Session.abortTransaction()

中止當前的事務，並將事務中執行過的資料修改回滾。

重試

當事務執行中報錯，catch 到的錯誤物件中會包含一個屬性名為 errorLabels 的陣列，當這個陣列中包含以下2個元素的時候，代表我們可以重新發起相應的事務操作。

TransientTransactionError：出現在事務開啟以及隨後的資料操作階段
UnknownTransactionCommitResult：出現在提交事務階段

示例

經過上面的鋪墊，你是不是已經迫不及待想知道究竟應該怎麼寫程式碼去完成一次完整的事務操作？下面我們就簡單寫一個例子：

場景描述： 假設一個交易系統中有2張表——記錄商品的名稱、庫存數量等資訊的表 commodities，和記錄訂單的表 orders。當使用者下單的時候，首先要找到 commodities 表中對應的商品，判斷庫存數量是否滿足該筆訂單的需求，是的話則減去相應的值，然後在 orders 表中插入一條訂單資料。在高併發場景下，可能在查詢庫存數量和減少庫存的過程中，又收到了一次新的建立訂單請求，這個時候可能就會出問題，因為新的請求在查詢庫存的時候，上一次操作還未完成減少庫存的操作，這個時候查詢到的庫存數量可能是充足的，於是開始執行後續的操作，實際上可能上一次操作減少了庫存後，庫存的數量就已經不足了，於是新的下單請求可能就會導致實際建立的訂單數量超過庫存數量。

以往要解決這個問題，我們可以用給商品資料“加鎖”的方式，比如基於 Redis 的各種鎖，同一時刻只允許一個訂單操作一個商品資料，這種方案能解決問題，缺點就是程式碼更復雜了，並且效能會比較低。如果用資料庫事務的方式就可以簡潔很多：

commodities 表資料（stock 為庫存）：

{ "_id" : ObjectId("5af0776263426f87dd69319a"), "name" : "滅霸原味手套", "stock" : 5 }
{ "_id" : ObjectId("5af0776263426f87dd693198"), "name" : "雷神專用鐵錘", "stock" : 2 }
複製程式碼

orders 表資料：

{ "_id" : ObjectId("5af07daa051d92f02462644c"), "commodity": ObjectId("5af0776263426f87dd69319a"), "amount": 2 }
{ "_id" : ObjectId("5af07daa051d92f02462644b"), "commodity": ObjectId("5af0776263426f87dd693198"), "amount": 3 }
複製程式碼

通過一次事務完成建立訂單操作（mongo Shell）：

// 執行 txnFunc 並且在遇到 TransientTransactionError 的時候重試
function runTransactionWithRetry(txnFunc, session) {
  while (true) {
    try {
      txnFunc(session); // 執行事務
      break;
    } catch (error) {
      if (
        error.hasOwnProperty('errorLabels') &&
        error.errorLabels.includes('TransientTransactionError')
      ) {
        print('TransientTransactionError, retrying transaction ...');
        continue;
      } else {
        throw error;
      }
    }
  }
}

// 提交事務並且在遇到 UnknownTransactionCommitResult 的時候重試
function commitWithRetry(session) {
  while (true) {
    try {
      session.commitTransaction();
      print('Transaction committed.');
      break;
    } catch (error) {
      if (
        error.hasOwnProperty('errorLabels') &&
        error.errorLabels.includes('UnknownTransactionCommitResult')
      ) {
        print('UnknownTransactionCommitResult, retrying commit operation ...');
        continue;
      } else {
        print('Error during commit ...');
        throw error;
      }
    }
  }
}

// 在一次事務中完成建立訂單操作
function createOrder(session) {
  var commoditiesCollection = session.getDatabase('mall').commodities;
  var ordersCollection = session.getDatabase('mall').orders;
  // 假設該筆訂單中商品的數量
  var orderAmount = 3;
  // 假設商品的ID
  var commodityID = ObjectId('5af0776263426f87dd69319a');

  session.startTransaction({
    readConcern: { level: 'snapshot' },
    writeConcern: { w: 'majority' },
  });

  try {
    var { stock } = commoditiesCollection.findOne({ _id: commodityID });
    if (stock < orderAmount) {
      print('Stock is not enough');
      session.abortTransaction();
      throw new Error('Stock is not enough');
    }
    commoditiesCollection.updateOne(
      { _id: commodityID },
      { $inc: { stock: -orderAmount } }
    );
    ordersCollection.insertOne({
      commodity: commodityID,
      amount: orderAmount,
    });
  } catch (error) {
    print('Caught exception during transaction, aborting.');
    session.abortTransaction();
    throw error;
  }

  commitWithRetry(session);
}

// 發起一次會話
var session = db.getMongo().startSession({ readPreference: { mode: 'primary' } });

try {
  runTransactionWithRetry(createOrder, session);
} catch (error) {
  // 錯誤處理
} finally {
  session.endSession();
}
複製程式碼

上面的程式碼看著感覺很多，其實 runTransactionWithRetry 和 commitWithRetry 這兩個函式都是可以抽離出來成為公共函式的，不需要每次操作都重複書寫。用上了事務之後，因為事務中的資料操作都是一次原子操作，所以我們就不需要考慮分佈併發導致的資料一致性的問題，是不是感覺簡單了許多？

你可能注意到了，程式碼中在執行 startTransaction 的時候設定了兩個引數——readConcern 和 writeConcern，這是 MongoDB 讀寫操作的確認級別，在這裡用於在副本集中平衡資料讀寫操作的可靠性和效能，如果在這裡展開就太多了，所以感興趣的朋友建議去閱讀官方文件瞭解一下：

readConcern：

docs.mongodb.com/master/refe…

writeConcern：

docs.mongodb.com/master/refe…