Postgresql源码（59）分析事务ID分配、溢出判断方法

xid取值规律

xid是uint32类型的，GetNewTransactionId函数中xid在ShmemVariableCache->nextXid中取值，但是ShmemVariableCache->nextXid是long int类型的。

unsigned int : 0           ~  4294967295 ( 0     ~ 2^32-1 )
int          : -2147483648 ~  2147483647 ( -2^31 ~ 2^31-1 )
long int     : -9223372036854775808 ~ 9223372036854775807 ( -2^63 ~ 2^63-1 )


GetNewTransactionId
  FullTransactionId full_xid;
  TransactionId xid;
  full_xid = ShmemVariableCache->nextXid;
  xid = XidFromFullTransactionId(full_xid);

所以xid的取值会从0到4294967295在归零再次到4294967295不停循环。而ShmemVariableCache->nextXid是一直上涨的，因为ShmemVariableCache->nextXid的范围是( -2^63 ~ 2^63-1 )。

注意ShmemVariableCache->nextXid到正数最大值9223372036854775807后在加一会溢出到负数最小值-9223372036854775808，这时强转到uint32时为0，又是一轮循环。

取值规律见下面实例：

ShmemVariableCache->nextXid
nextXid: 0 1 2 3 ... 4294967295 4294967296 4294967297 4294967298 ... 9223372036854775807
xid    : 0 1 2 3 ... 4294967295 0          1          2          ... 4294967295    


ShmemVariableCache->nextXid
nextXid: 9223372036854775807 -9223372036854775808 -9223372036854775807 ... 0
xid    : 4294967295          0                    1                        0

ShmemVariableCache->nextXid自加使用FullTransactionIdAdvance函数

• 该函数从0开始增加nextXid的值，第一个if保证nextXid可以正常返回0、1、2的值
• 在后面nextXid增加到4294967296时，会走while循环把4294967296、4294967297、4294967298的值跳过，因为这三个值转换为uint32后会变成0、1、2，正常事务ID不使用这三个值。
• 在后面nextXid继续增加每次碰到上述情况，都会走while跳过这三个数的倍数。

static inline void
FullTransactionIdAdvance(FullTransactionId *dest)
{
	dest->value++;

	/* see FullTransactionIdAdvance() */
	if (FullTransactionIdPrecedes(*dest, FirstNormalFullTransactionId))
		return;

	while (XidFromFullTransactionId(*dest) < FirstNormalTransactionId)
		dest->value++;
}

xid大小判断规律

已TransactionIdFollows函数为例，入参是两个uint32（0 ~ 2^32-1）。

但是做减法的时候结果保存到diff是int32（-2^31 ~ 2^31-1）。

typedef uint32 TransactionId;

/*
 * TransactionIdPrecedes --- is id1 logically < id2?
 */
bool
TransactionIdPrecedes(TransactionId id1, TransactionId id2)
{
	/*
	 * If either ID is a permanent XID then we can just do unsigned
	 * comparison.  If both are normal, do a modulo-2^32 comparison.
	 */
	int32		diff;

	if (!TransactionIdIsNormal(id1) || !TransactionIdIsNormal(id2))
		return (id1 < id2);

	diff = (int32) (id1 - id2);
	return (diff < 0);
}

• 注意(id1 - id2)不管怎么减结果都是正数，因为这是两个uint32在减。这个正数结果代表这两个值的距离。

当前距离-5

id1 = 4294967290u
id2 = 4294967295u
id1 - id2 = 4294967291u
diff = (int32)(id1 - id2) = -5

id2继续增长，但是id2是uint32最大值就是4294967295u了，继续增长后溢出

id1 = 4294967290u
id2 = 10u
id1 - id2 = 4294967280u
diff = (int32)(id1 - id2) = -16

可以看到溢出后，结果仍然是负数，TransactionIdPrecedes函数的计算是正确的id1 logically < id2。

但是如果id1和id2距离过大，超过2^31后，例如id2从刚才的10继续增长到2147483647，id2领先id1的距离已经超过了2^31：

id1 = 4294967290u
id2 = 2147483647u
id1 - id2 = 2147483643u
diff = (int32)(id1 - id2) = 2147483643

结果diff又翻转了一次变成了正数，虽然id1逻辑上应该<id2，但是这时TransactionIdPrecedes的结果已经是false了。

显然TransactionIdPrecedes函数计算错误。

总结

所以在PG现有的xid分配机制上，为了保证xid回卷后还能正确的对比大小，两个xid的距离不能超过2^31。

方便记忆：事务ID可以回卷，但最老的到最新的距离不能超过20亿，否则会发生第二次符号翻转，事务ID计算结果全部都会出错。