Comment gérer la concurrence et le verrouillage dans MongoDB?

Cet article examine la gestion de la concurrence de MongoDB, en se concentrant sur son contrôle de concurrence optimiste à l'aide des opérations atomiques et du versioning. Il examine les meilleures pratiques d'intégrité des données, y compris les opérations atomiques, l'utilisation des transactions et l'indexation

Gérer la concurrence et verrouiller à MongoDB

MongoDB, étant une base de données NoSQL, n'utilise pas de verrouillage traditionnel au niveau des lignes ou au niveau de la table comme des bases de données relationnelles. Au lieu de cela, il repose sur un contrôle de concurrence optimiste et une approche au niveau du document. Cela signifie que plusieurs clients peuvent lire et écrire des données simultanément sans verrouillage explicite dans la plupart des scénarios. Cependant, comprendre comment MongoDB gère la concurrence et quand mettre en œuvre des stratégies spécifiques est crucial pour l'intégrité des données. Le mécanisme central est l'utilisation des opérations atomiques et du versioning. Les opérations atomiques garantissent qu'une seule opération sur un document se terminera entièrement sans interruption des autres opérations. MongoDB utilise un compteur de modification (ou une version) en interne dans chaque document. Lorsqu'une opération de mise à jour se produit, MongoDB vérifie la version actuelle par rapport à la version stockée dans le document. S'ils correspondent, la mise à jour réussit et la version est incrémentée. S'ils ne correspondent pas, cela signifie qu'un autre processus a modifié le document depuis la lecture d'origine, ce qui entraîne une erreur de «décalage de version». Cette erreur informe l'application que l'opération doit être réactivée, généralement après avoir relu le document pour obtenir la dernière version. Ce mécanisme est intrinsèquement optimiste; Il suppose que les conflits sont rares, minimisant le besoin de verrous explicites et améliorent les performances. Cependant, pour les scénarios nécessitant des garanties plus solides, vous devrez peut-être implémenter le verrouillage au niveau de l'application ou utiliser des transactions (discutée plus loin).

Meilleures pratiques pour éviter les incohérences de données

La prévention des incohérences de données dans un environnement MongoDB simultanée nécessite une approche à plusieurs volets:

• Opérations atomiques: tirer parti des opérateurs atomiques de MongoDB ( $inc , $set , $push , $pull , etc.) dans la mesure du possible. Ces opérations garantissent que toute la mise à jour se produit en tant qu'unité, empêchant les mises à jour et les incohérences partielles. Par exemple, au lieu d'opérations de lecture, de modification et d'écriture séparées, utilisez des opérateurs atomiques pour effectuer les trois étapes dans une seule commande de base de données.
• Contrôle de concurrence optimiste: comprendre et gérer les erreurs de mésappariement de version gracieusement. Votre application doit être conçue pour réessayer les opérations ratées après avoir obtenu la dernière version du document. La mise en œuvre des mécanismes de revers exponentielle et de réessayer peut améliorer la robustesse de votre application dans des situations à haut niveau.
• Transactions (le cas échéant): Bien que le comportement par défaut de MongoDB soit une concurrence optimiste, la disponibilité des transactions multi-documents (introduite dans MongoDB 4.0) fournit une garantie de cohérence plus forte pour les opérations couvrant plusieurs documents. Cela garantit que toutes les opérations au sein d'une transaction réussissent complètement ou échouent complètement, empêchant les mises à jour partielles entre les documents.
• Indexation appropriée: assurer une indexation appropriée pour les données fréquemment interrogées afin de minimiser les affirmations sur l'accès aux données. L'indexation efficace réduit les documents de temps verrouillés pour la lecture, même implicitement.
• Verrouillage au niveau de l'application (en dernier recours): Pour les scénarios très spécifiques et rares où même les transactions sont insuffisantes, vous pourriez envisager de mettre en œuvre des mécanismes de verrouillage au niveau de l'application à l'aide d'outils ou de techniques externes. Cette approche doit être soigneusement évaluée car elle peut avoir un impact significatif sur les performances et l'évolutivité.

Implémentation efficace des transactions dans MongoDB

Les transactions multi-documents de MongoDB fournissent un moyen d'assurer l'atomicité sur plusieurs documents. Ils garantissent qu'un ensemble d'opérations réussisse tous ou tous échouent ensemble, en maintenant l'intégrité des données. Pour utiliser les transactions, vous devez utiliser l'objet session dans votre pilote MongoDB. La session gère le cycle de vie de la transaction. Vous lancez une session, effectuez vos opérations dans la portée de la session (en utilisant l'objet de session avec vos commandes de base de données), puis engagez la transaction (rendant toutes les modifications permanentes) ou abandonnez-la (jetant toutes les modifications). Par exemple, dans une application Python utilisant le pilote Pymongo, vous pouvez faire quelque chose comme ça (exemple simplifié):

 <code class="python">from pymongo import MongoClient, WriteConcern client = MongoClient("mongodb://localhost:27017/") db = client["mydatabase"] with client.start_session() as session: with session.start_transaction(): db.collection1.update_one({"_id": 1}, {"$set": {"value": 10}}, session=session) db.collection2.update_one({"_id": 1}, {"$set": {"value": 20}}, session=session) print("Transaction committed successfully!") client.close()</code>

N'oubliez pas que les transactions ont des implications sur les performances, elles ne doivent donc être utilisées judicieusement que lorsque cela est nécessaire pour garantir une forte cohérence sur plusieurs documents.

Différents mécanismes de verrouillage à MongoDB et quand les utiliser

MongoDB n'offre pas de mécanismes de verrouillage explicites dans le sens traditionnel des verrous en ligne ou en table. Le mécanisme de verrouillage primaire est implicite et géré en interne grâce à un contrôle et au versioning optimistes de concurrence, comme décrit précédemment. Cependant, les concepts de «verrouillage» suivants sont pertinents:

• Contrôle de concurrence optimiste (OCC): il s'agit du mécanisme par défaut. Il est efficace et adapté à la plupart des scénarios où les tentatives occasionnelles sont acceptables. Utilisez-le comme approche principale, sauf si une cohérence forte sur plusieurs documents est absolument requise.
• Transactions multi-documents: Celles-ci fournissent une forme de verrouillage implicite sur plusieurs documents. Utilisez-les lorsque vous avez besoin d'une cohérence solide sur plusieurs écritures ou mises à jour dans une seule opération logique. Ils garantissent l'atomicité mais introduisent des frais généraux de performance.
• Verrouillage au niveau de l'application (verrouillage externe): Il s'agit d'un dernier recours. Vous pouvez implémenter cela à l'aide d'outils externes (par exemple, Redis Distributed Locks) ou de votre logique d'application si vous avez des problèmes de concurrence rares très spécifiques qui ne peuvent pas être gérés par OCC ou les transactions. Ceci est généralement découragé en raison de la complexité et des implications de performance. C'est souvent une indication d'une conception erronée qui devrait être réévaluée. Les frais généraux et le potentiel de blocages en font une solution à éviter, sauf si c'est absolument nécessaire.

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