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SQLite中的WAL机制详细介绍

一、什么是WAL?

WAL的全称是Write Ahead Logging,它是很多数据库中用于实现原子事务的一种机制,SQLite在3.7.0版本引入了该特性。

二、WAL如何工作?

在引入WAL机制之前,SQLite使用rollback journal机制实现原子事务。

rollback journal机制的原理是:在修改数据库文件中的数据之前,先将修改所在分页中的数据备份在另外一个地方,然后才将修改写入到数据库文件中;如果事务失败,则将备份数据拷贝回来,撤销修改;如果事务成功,则删除备份数据,提交修改。

WAL机制的原理是:修改并不直接写入到数据库文件中,而是写入到另外一个称为WAL的文件中;如果事务失败,WAL中的记录会被忽略,撤销修改;如果事务成功,它将在随后的某个时间被写回到数据库文件中,提交修改。

同步WAL文件和数据库文件的行为被称为checkpoint(检查点),它由SQLite自动执行,默认是在WAL文件积累到1000页修改的时候;当然,在适当的时候,也可以手动执行checkpoint,SQLite提供了相关的接口。执行checkpoint之后,WAL文件会被清空。

在读的时候,SQLite将在WAL文件中搜索,找到最后一个写入点,记住它,并忽略在此之后的写入点(这保证了读写和读读可以并行执行);随后,它确定所要读的数据所在页是否在WAL文件中,如果在,则读WAL文件中的数据,如果不在,则直接读数据库文件中的数据。

在写的时候,SQLite将之写入到WAL文件中即可,但是必须保证独占写入,因此写写之间不能并行执行。

WAL在实现的过程中,使用了共享内存技术,因此,所有的读写进程必须在同一个机器上,否则,无法保证数据一致性。

三、WAL的优点与缺点

优点:

1.读和写可以完全地并发执行,不会互相阻塞(但是写之间仍然不能并发)。
2.WAL在大多数情况下,拥有更好的性能(因为无需每次写入时都要写两个文件)。
3.磁盘I/O行为更容易被预测。

缺点:

1.访问数据库的所有程序必须在同一主机上,且支持共享内存技术。
2.每个数据库现在对应3个文件:<yourdb>.db,<yourdb>-wal,<yourdb>-shm。
3.当写入数据达到GB级的时候,数据库性能将下降。
4.3.7.0之前的SQLite无法识别启用了WAL机制的数据库文件。

四、WAL引入的兼容性问题

在启用了WAL之后,数据库文件格式的版本号由1升级到了2,因此,3.7.0之前的SQLite无法识别启用了WAL机制的数据库文件。

禁用WAL会使数据库文件格式的版本号恢复到1,从而可以被SQLite 3.7.0之前的版本识别。

五、WAL引入的性能问题

在一般情况下,WAL会提高SQLite的事务性能;但是在某些极端情况下,却会导致SQLite事务性能的下降。

1.在事务执行时间较长或者要修改的数据量达到GB级的时候,WAL文件会被占用,它会暂时阻止checkpoint的执行(checkpoint会清空WAL文件),这将导致WAL文件变得很大,增加寻址时间,最终导致读写性能的下降。
2.当checkpoint执行的时候,会降低当时的读写性能,因此,WAL可能会导致周期性的性能下降。

六、与WAL相关的PRAGMA和接口

PRAGMA journal_mode

PRAGMA wal_checkpoint

PRAGMA wal_autocheckpoint

sqlite3_wal_checkpoint

sqlite3_wal_autocheckpoint

sqlite3_wal_hook

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