5.1 KiB
5.1 KiB
⚙️ Storage enginy a transakční modely
B-Tree vs LSM-Tree
Dva dominantní storage engine přístupy v moderních databázích.
| Vlastnost | B-Tree | LSM-Tree |
|---|---|---|
| Zápis | In-place update (náhodný I/O na page) | Append-only (sekvenční I/O) |
| Čtení | Rychlé (přímo v page, O(log N)) | Pomalejší (merge z více SSTable, bloom filtry) |
| Write amplification | Nižší (přepis stránky) | Vyšší (kompakce, merge SSTables) |
| Read amplification | Nižší (1 page read) | Vyšší (více SSTable k prohledání) |
| Komprese | Horší (fragmentace page) | Lepší (kompaktní SSTable, bloková komprese) |
| Range scan | Rychlý (linked list na listové úrovni) | Rychlý (SSTable jsou seřazené) |
| Space amplification | Nízká | Vyšší (čeká na kompakci) |
| Typické DB | PostgreSQL, MySQL (InnoDB), SQLite, Oracle | Cassandra, RocksDB, LevelDB, ScyllaDB, MongoDB (WiredTiger) |
Kdy zvolit který engine
B-Tree — když:
- Potřebujete rychlé point lookupy (PK lookup, jedinečné ID)
- Workload je read-heavy (většina dotazů = SELECT podle klíče)
- Potřebujete range dotazy na primárním klíči
- Transakční workload (OLTP) s krátkými dotazy
LSM-Tree — když:
- Potřebujete vysokou propustnost zápisů (write-heavy)
- Append-only workload (logy, time-series, IoT)
- Komprese dat je důležitá (ušetří místo)
- Write amplification nevadí (dostatek I/O kapacity)
Write-Ahead Log (WAL)
Append-only log garantující, že žádná operace není ztracena při crash:
1. Transaction BEGIN → záznam do WAL
2. Data modification → záznam do WAL (před modifikací page)
3. Transaction COMMIT → flush WAL na disk (COMMIT potvrzen až po flush)
4. Checkpoint → flush dirty pages → WAL do bodu checkpointu může být smazán
- Write-ahead — WAL zapsán dříve než data page
- Checkpoint — bod, odkud je WAL při recovery potřeba
- Redo log (InnoDB) — podobný koncept, slouží k přehrání chybějících změn
- Group commit — více transakcí flushne WAL najednou (vyšší propustnost)
MVCC (Multi-Version Concurrency Control)
Každá transakce vidí snapshot dat v okamžiku startu. Staré verze řádků zůstávají v tabulce.
Implementace
| DB | Mechanismus | Vacuum/GC | Izolační úrovně |
|---|---|---|---|
| PostgreSQL | Heap tuple (xmin/xmax) — staré verze v hlavní tabulce | VACUUM (autovacuum) | RU, RC, RR, Serializable (SSI) |
| MySQL InnoDB | Undo log — staré verze v undo segmentech | Purge (automatický) | RU, RC, RR, Serializable |
| MSSQL | Tempdb version store | Automatické (row versioning) | RC (snapshot), Serializable |
| Oracle | Undo tablespace | Automatické (undo retention) | RC, Serializable, Read-only |
| MongoDB WiredTiger | MVCC na úrovni dokumentu | Automatické (eviction) | Snapshot isolation |
| Cassandra | MVCC není (přepis valore) | Compaction (merge SSTable) | — |
Anomálie
| Úroveň | Dirty Read | Non-repeatable Read | Phantom Read | Serialization Anomaly |
|---|---|---|---|---|
| Read Uncommitted | Ano | Ano | Ano | Ano |
| Read Committed | Ne | Ano | Ano | Ano |
| Repeatable Read | Ne | Ne | Ne (PG: ne, MySQL: next-key locking) | Ano |
| Serializable | Ne | Ne | Ne | Ne |
- Dirty Read — čtení dat z necommitnuté transakce
- Non-repeatable Read — stejný dotaz vrátí jiná data
- Phantom Read — stejný dotaz vrátí nové řádky
- Serialization Anomaly — výsledek transakcí není ekvivalentní žádnému sériovému pořadí
Index types
| Typ | Algoritmus | Use case | DB podpora |
|---|---|---|---|
| B-tree | Balanced tree | =, <, >, BETWEEN, IN, LIKE (prefix) |
Všechny (výchozí) |
| Hash | Hash table | Pouze = (equality) |
PostgreSQL (hash index), MySQL (MEMORY) |
| GiST | Generalized Search Tree | Geometrie, full-text, intervaly, IP rozsahy | PostgreSQL |
| GIN | Generalized Inverted Index | JSONB, pole, full-text (contains, overlaps) | PostgreSQL |
| BRIN | Block Range Index | Time-series, logy (data v pořadí) — extrémně malý | PostgreSQL |
| SP-GiST | Space-partitioned | Kvadranty, KD-tree, radix tree | PostgreSQL |
| R-tree | Prostorový strom | Geoprostorová data | MySQL (MyISAM/InnoDB), SQLite |
| Clustered index | B-tree + data v listech | PK lookup (InnoDB) — data uložena s indexem | MySQL InnoDB, MSSQL |
| Full-text | Inverted index | Text search (stemming, relevance) | MySQL, PostgreSQL, MSSQL |
Zdroje
Odkazy, knihy a standardy: sources/databases/sources.md
Doporučená literatura
| Kniha | Autoři | ISBN | Popis |
|---|---|---|---|
| Database Internals | Alex Petrov | 978-1492040346 | Hloubkový výklad storage engine (B-Tree, LSM-Tree, WAL, MVCC), distribuované systémy (partitioning, replication, consensus) |
Poslední revize: 2026-06-03