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A scalable transaction management framework for consistent document-oriented NoSQL databases
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AI
DOI：10.1016/j.is.2026.102719.png)
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摘要
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NoSQL数据库因其可扩展性和模式灵活性而被广泛应用于现代应用程序中，但它们通常依赖于最终一致性模型，这限制了可靠的事务处理。本研究针对文档型NoSQL数据库提出了一种四阶段事务管理框架，以MongoDB为参考平台。该框架结合了事务生命周期管理、操作分类、预执行冲突检测以及基于超时的死锁预防的自适应锁策略。形式化正确性分析表明，在定义的条件下，所提出的方法能够保证冲突可串行化。使用Yahoo云服务基准（YCSB）工作负载A、B和F，并发级别从1到100个客户端的实验评估表明，事务中止率从8.3%降低到4.7%，消除了观察到的死锁，延迟方差降低了34.2%。在高并发情况下，吞吐量改进幅度为6.3%至18.4%，尤其对于读-修改-写工作负载表现显著。在多达9个节点的集群上进行的分布式实验证实了可扩展性，与基线系统相比，吞吐量提高了15.2%，中止率降低了53%。与MongoDB的原生事务、CockroachDB和TiDB的比较表明，所提出的框架在一致性保证和性能开销之间取得了良好的平衡。为了评估跨数据库范式的通用性，我们将该框架进一步应用于两个面向记录的开源关系数据库管理系统PostgreSQL和MySQL，并进行了跨范式实验，比较了在相同工作负载下并发控制的有效性。敏感性分析确定了最优参数设置，包括100毫秒的锁超时、10毫秒的初始退避和500毫秒的最大退避。这些结果表明，精心设计的 consistency 机制可以在不损害可扩展性的情况下显著提高NoSQL系统中的数据完整性，并且该框架的预执行冲突检测即使在具有成熟原生并发控制的面向记录系统中也能带来可衡量的益处。
Keyword:
NoSQL databases
Transaction management
Data consistency
Conflict serializability
Concurrency control
MongoDB
Distributed systems
PostgreSQL
MySQL
Record-oriented databases
期刊
I
IF:
3.4
论文数:
120
被引数:
0
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