Perguntas frequentes: simultaneidade

Que tipo de trava o MongoDB utiliza?

O MongoDB usa bloqueio multigranular [1] que permite que as operações sejam bloqueadas em nível global, de banco de dados ou de collection e que mecanismos de armazenamento individuais implementem seu próprio controle de concorrência abaixo do nível da collection (por exemplo, no nível do documento no WiredTiger).

O MongoDB usa travas de leitor-gravador que permitem que leitores simultâneos tenham acesso compartilhado a um recurso, como um banco de dados ou uma collection.

Além de um modo de bloqueio compartilhado (S) para leituras e um modo de bloqueio exclusivo (X) para operações de gravação, os modos de intenção compartilhada (IS) e intenção exclusiva (IX) indicam uma intenção de ler ou gravar um recurso usando um bloqueio de granularidade mais fina. Ao bloquear em uma determinada granularidade, todos os níveis superiores são bloqueados usando um bloqueio de intenção.

Por exemplo, ao bloquear uma collection para gravação (usando o modo X), tanto o bloqueio do banco de dados correspondente quanto o bloqueio global devem ser bloqueados no modo de intenção exclusiva (IX). Um único banco de dados pode ser bloqueado simultaneamente nos modos IS e IX, mas um bloqueio exclusivo (X) não pode coexistir com nenhum outro modo, e um bloqueio compartilhado (S) só pode coexistir com bloqueios compartilhados por intenção (IS).

As travas são justas e contêm solicitação de trava para leituras e gravações em fila. No entanto, para otimizar a taxa de transferência, quando uma solicitação de trava é concedida, todas as outras compatíveis são concedidas ao mesmo tempo, potencialmente liberando as travas antes que uma solicitação conflitante seja executada. Por exemplo, considere uma situação em que uma trava X acabou de ser liberada e a fila de conflitos contém estas travas:

IS → IS → X → X → S → IS

Na ordem estrita primeiro a entrar, primeiro a sair (FIFO), apenas os dois primeiros modos IS seriam concedidos. Em vez disso, o MongoDB concederá todos os modos IS e S e, quando todos eles forem drenados, ele concederá X, mesmo que novas solicitações IS ou S tenham sido enfileiradas nesse meio tempo. Como uma concessão sempre moverá todas as outras solicitações para a frente na fila, nenhuma solicitação é possível.

Na saída db.serverStatus() e db.currentOp(), os modos de bloqueio são representados da seguinte forma:

Quão granulares são as travas no MongoDB?

Para a maioria das operações de leitura e escrita, o WiredTiger usa controle de concorrência otimista. WiredTiger usa apenas bloqueios de intenção nos níveis de banco de dados e coleção. Quando o mecanismo de armazenamento detecta conflitos entre duas operações, uma incorrerá em um conflito de gravação fazendo com que o MongoDB repita essa operação de forma transparente.

Algumas operações globais, normalmente operações de curta duração envolvendo vários bancos de dados, ainda exigem uma trava global de "instância". Outras operações, como collMod, ainda exigem uma trava de banco de dados exclusiva.

Como posso ver o status das travas nas minhas instâncias mongod ?

Para gerar relatórios sobre informações de utilização de bloqueios, use qualquer um destes métodos:

• db.serverStatus(),

• db.currentOp(),

• mongotop,

• mongostat, e/ou

• o MongoDB Cloud Manager ou o Ops Manager, uma solução local disponível no MongoDB Enterprise Advanced

Especificamente, o documento locks na saída de serverStatus ou o campo locks no current operation reporting fornece informações sobre os tipos de trava e a quantidade de contenções de trava em sua instânciamongod.

Na saída db.serverStatus() e db.currentOp(), os modos de bloqueio são representados da seguinte forma:

Para encerrar uma operação, utilize db.killOp().

Uma operação de leitura ou gravação gera a trava?

Em algumas situações, operações de leitura e gravação podem gerar suas travas.

Operações de leitura e gravação de longa duração, como queries, atualizações e exclusões, geram bloqueios sob várias condições. As operações do MongoDB também podem gerar bloqueios entre modificações individuais de documentos em operações de gravação que afetam vários documentos.

Para mecanismos de armazenamento que oferecem suporte ao controle de concorrência no nível de documento, como o WiredTiger, a produção não é necessária ao acessar o armazenamento, pois os bloqueios de intenção, mantidos em nível global, de banco de dados e de collection, não bloqueiam outros leitores e gravadores. No entanto, as operações gerarão periodicamente para:

• evitar transações de armazenamento de longa duração, pois elas podem exigir a retenção de uma grande quantidade de dados na memória;

• servir como ponto de interrupção para que você possa encerrar operações de longa duração;

• permitir operações que exigem acesso exclusivo a uma collection, como descartar e criar índices/collections.

Quais travas são feitas por algumas operações comuns do cliente?

A tabela a seguir lista algumas operações e os tipos de bloqueios que elas usam para mecanismos de armazenamento de bloqueio em nível de documento:

Quais comandos administrativos bloqueiam um banco de dados?

Alguns comandos administrativos podem bloquear exclusivamente um banco de dados por longos períodos de tempo. Para sistemas de banco de dados grandes, você pode considerar colocar a instância mongod offline para que os clientes não sejam afetados. Por exemplo, se um mongod fizer parte de um conjunto de réplicas, coloque o mongod offline e deixe que outros nós do conjunto de réplicas processem as solicitações enquanto a manutenção é realizada.

Quais comandos administrativos bloqueiam uma collection?

Essas operações administrativas exigem uma trava exclusiva no nível da collection:

• Comando create e métodos de shell db.createCollection() e db.createView() correspondentes

• Comando createIndexes e métodos de shell db.collection.createIndex() e db.collection.createIndexes() correspondentes

• Comando drop e métodos shell db.collection.drop() correspondentes

• Comando dropIndexes e métodos de shell db.collection.dropIndex() e db.collection.dropIndexes() correspondentes

• o comando renameCollection e o método de shell db.collection.renameCollection() correspondente usarão as seguintes travas dependendo da versão:

  • Para renameCollection e db.collection.renameCollection(): para renomear uma collection dentro do mesmo banco de dados, a operação usará uma trava exclusiva (W) nas collections de origem e destino. Versões anteriores ao MongoDB 4.2: a operação usa uma trava exclusiva (W) no banco de dados ao renomear dentro do mesmo banco de dados.

  • Para renameCollection apenas: se o namespace de destino estiver em um banco de dados diferente do da collection de origem, o comportamento de bloqueio dependerá da versão:

    • MongoDB 4.2.2 e posterior A operação usa uma trava exclusiva (W) no banco de dados de destino ao renomear uma collection entre bancos de dados e bloqueia outras operações nesse banco de dados até que ele seja concluído.

    • MongoDB 4.2.1 e versões anteriores A operação usa um bloqueio global exclusivo (W) ao renomear uma collection em bancos de dados e bloqueia outras operações até que seja concluída.

• o comando reIndex e o método de shell db.collection.reIndex() correspondente usarão as seguintes travas dependendo da versão:

  • No MongoDB 4.2.2 e posterior, essas operações obtêm um bloqueio exclusivo (W) na collection e bloqueiam outras operações na collection até que sejam concluídas.

  • Para o MongoDB 4.0.0 a 4.2.1, essas operações usam um bloqueio global exclusivo (W) e bloqueiam outras operações até a conclusão.

• o comando replSetResizeOplog utiliza os seguintes bloqueios, dependendo da versão:

  • Na versão 4.2.2 e posterior, essa operação usa uma trava exclusiva (W) na collection oplog e bloqueia outras operações na collection até que ela seja concluída.

  • Para o MongoDB 4.2.1 e versões anteriores, essa operação usa um bloqueio exclusivo global (W) e bloqueia outras operações até que seja concluída.

Antes do MongoDB 4.2, essas operações tinham uma trava exclusiva no banco de dados, bloqueando todas as operações no banco de dados e suas collections até que a operação fosse concluída.

Uma operação MongoDB bloqueia mais de um banco de dados?

Essas operações do MongoDB podem obter e manter um bloqueio em mais de um banco de dados:

Como a fragmentação afeta a simultaneidade?

A fragmentação melhora a simultaneidade ao distribuir collections em diversas instâncias mongod, permitindo que servidores de shards (especificamente, processos mongos) sejam executados simultaneamente com as instâncias mongod downstream.

Em um cluster fragmentado, as travas se aplicam a cada shard individual, não a todo o cluster; ou seja, cada instância mongod é independente das outras no cluster fragmentado e usa suas próprias travas. As operações em uma instância mongod não bloqueiam as operações em nenhuma outra.

Como a simultaneidade afeta um conjunto de réplicas primário?

Com conjuntos de réplicas, quando o MongoDB grava em uma collection no primary, também grava no oplog do primary, que é uma collection especial no banco de dados local. Portanto, o MongoDB deve bloquear o banco de dados da collection e o banco de dados local. O mongod deve bloquear ambos os bancos de dados ao mesmo tempo para mantê-los consistentes e garantir que as operações de gravação, mesmo com replicação, sejam tudo ou nada.

Ao gravar em um conjunto de réplicas, o escopo da trava se aplica ao primary.

Como a simultaneidade afeta os secundários?

Na replicação, o MongoDB não aplica gravações em série a secundários. Os secundários coletam entradas de oplog em lotes e depois aplicam esses lotes em paralelo. As gravações são aplicadas na ordem em que aparecem no oplog.

A partir do MongoDB 4.0, lê quais secundários de destino leem de um snapshot WiredTiger dos dados se o secundário estiver passando por replicação. Isso permite que a leitura ocorra simultaneamente com a replicação, ao mesmo tempo em que garante uma visualização consistente dos dados. Antes do MongoDB 4.0, as operações de leitura em secundários eram bloqueadas até que qualquer replicação em andamento fosse concluída. Consulte Replicação multithreaded para obter mais informações.

O MongoDB suporta transações?

Porque um único documento pode conter dados relacionados que, de outra forma ser modelado em tabelas pai-filho separadas em um esquema relacional, as operações atômicas de documento único do MongoDB já fornecem semântica de transações que atende às necessidades de integridade de dados da maioria dos aplicativos. Um ou mais campos podem ser escritos em uma única operação, incluindo em vários subdocumentos e elementos de uma array. As garantias fornecidas pelo MongoDB garantem o isolamento completo como o documento é atualizado; qualquer erro faz com que a operação seja revertida eque os clientes recebam uma visão consistente do documento.

Para situações que exigem atomicidade de leituras e escritos em vários documentos (em uma única coleção ou várias coleções), o MongoDB suporta transações distribuídas, incluindo transações em conjuntos de réplicas e clusters fragmentados.

Para obter mais informações, consulte transações.

Que garantias de isolamento o MongoDB oferece?

Dependendo da read concern, os clientes podem ver os resultados das gravações antes que elas sejam duráveis. Para controlar se a leitura dos dados pode ser revertida ou não, os clientes podem usar a opção readConcern.

O que são operações de leitura sem bloqueio?

Uma operação de leitura sem bloqueio é executada imediatamente: ela não é bloqueada quando outra operação tem um bloqueio de gravação exclusivo (X) na collection.

A partir do MongoDB 5.0, as seguintes operações de leitura não são bloqueadas quando outra operação mantém um bloqueio de escrita exclusivo (X) na collection:

• find

• count

• distinct

• aggregate

• mapReduce

• listCollections

• listIndexes

Ao escrever em uma collection, mapReduce e aggregate mantêm uma trava exclusiva de intenção (IX). Portanto, se uma trava X exclusiva já estiver mantida em uma collection, as operações de escrita mapReduce e aggregate serão bloqueadas.

Para obter mais informações, consulte:

• Isolamento de leitura, consistência e atualidade

• Atomicidade e Transações

• Preocupação de leitura