背景介绍

在电气自动化系统中，数据存储是至关重要的环节。传统的关系型数据库往往过于复杂，而嵌入式数据库LiteDB以其轻量、高效、无服务器的特点，成为电气自动化领域数据存储的理想选择。

项目结构

C#
App/
├── Models/
│   ├── DeviceLog.cs
│   ├── DeviceConfig.cs
│   └── HistoricalData.cs
├── Services/
│   ├── LogService.cs
│   ├── ConfigService.cs
│   └── DataRecordService.cs
└── Program.cs
└── DatabaseFactory.cs

并发控制概述

在现代软件开发中，并发控制是确保数据一致性和完整性的关键技术。对于轻量级嵌入式数据库 LiteDB 来说，有效的并发控制机制尤为重要。本文将详细探讨 LiteDB 中的并发控制策略、多线程访问模式以及在多设备数据同步中的应用。

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LiteDB 并发控制基础

锁机制原理

LiteDB 提供了多种锁定机制来管理并发访问：

C#
using LiteDB;

namespace App13
{
    public class User
    {
        public string Name { get; set; }
        public int Age { get; set; }
    }
    internal class Program
    {
        // 数据库实例  
        private static LiteDatabase _database;
        // 创建一个静态对象作为锁对象  
        private static readonly object _lock = new object();

        static void Main(string[] args)
        {
            ExclusiveLockExample();
            SharedLockExample();
        }

        // 共享锁：允许多个读取操作同时进行  
        public static void SharedLockExample()
        {
            using (var db = new LiteDatabase(@"MyData.db"))
            {
                // 使用共享锁进行读取操作  
                var collection = db.GetCollection<User>("users");

                // 多线程并发读取不会相互阻塞  
                Parallel.For(0, 10, i =>
                {
                    var users = collection.Find(u => u.Age > 18);
                    Console.WriteLine($"Thread {i} read {users.Count()} users");
                });
            }
        }

        // 排他锁：确保写入操作的原子性  
        public static void ExclusiveLockExample()
        {
            using (var db = new LiteDatabase(@"MyData.db"))
            {
                var collection = db.GetCollection<User>("users");

                // 使用静态锁对象替代 this  
                lock (_lock)
                {
                    // 写入操作  
                    var newUser = new User
                    {
                        Name = "张三",
                        Age = 30
                    };
                    collection.Insert(newUser);
                }
            }
        }
    }
}

在现代软件开发中，数据的可靠性和一致性至关重要。每一个数据库操作都潜藏着风险：一个意外的系统崩溃、一个未处理的异常，都可能导致数据的部分损坏或完全丢失。这就是为什么事务管理成为数据库设计中最关键的特性之一。

对于追求轻量级、高效率的开发者来说，LiteDB 是一个令人兴奋的选择。它不仅提供了简单直观的 API，还内置了强大的事务管理机制。本文将深入探索 LiteDB 的事务世界，揭示如何通过精妙的事务控制，为您的应用程序构建坚不可摧的数据保护屏障。

无论您是一名经验丰富的开发者，还是刚开始接触数据库编程的新手，这篇文章都将为您呈现 LiteDB 事务管理的方方面面：从基本的 ACID 特性，到复杂的事务处理模式，我们将带您穿越数据一致性的迷雾，直达技术的璀璨之巅。

事务的ACID特性

事务（Transaction）是数据库管理系统中确保数据一致性和完整性的关键机制。在 LiteDB 中，事务遵循经典的 ACID 特性：

A - 原子性（Atomicity）

• 事务中的所有操作要么全部成功，要么全部回滚
• 保证了数据操作的不可分割性

C - 一致性（Consistency）

• 事务执行前后，数据库的状态必须保持一致
• 防止事务导致数据库处于不合法的状态

I - 隔离性（Isolation）

• 并发执行的事务相互隔离，互不影响
• 防止多个事务同时操作同一数据时产生冲突

D - 持久性（Durability）

• 事务一旦提交，其修改将永久保存
• 即使系统发生故障，已提交的事务不会丢失

LiteDB 显式事务管理

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索引的重要性

在 LiteDB 中，索引是提升查询性能的关键机制。正确的索引策略可以显著减少查询时间，尤其是在处理大规模数据集时。

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索引创建示例

User类

C#
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace App11
{
    public class User
    {
        public int Id { get; set; }
        public string Username { get; set; }
        public string Email { get; set; }
        public int Age { get; set; }
    }
}

C#
using LiteDB;

namespace App11
{
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            using (var db = new LiteDatabase(@"MyDatabase.db"))
            {
                // 获取用户集合  
                var users = db.GetCollection<User>("users");

                // 创建单字段索引  
                users.EnsureIndex(x => x.Username);

                // 创建复合索引  
                users.EnsureIndex(x => new { x.Username, x.Email });

                // 唯一索引，确保字段值唯一  
                users.EnsureIndex(x => x.Email, unique: true);

                // 插入10条测试记录  
                var testUsers = new List<User>
                {
                    new User { Id = 1, Username = "john_doe", Email = "john@example.com", Age = 25 },
                    new User { Id = 2, Username = "jane_smith", Email = "jane@example.com", Age = 28 },
                    new User { Id = 3, Username = "mike_wilson", Email = "mike@example.com", Age = 32 },
                    new User { Id = 4, Username = "sarah_jones", Email = "sarah@example.com", Age = 24 },
                    new User { Id = 5, Username = "david_brown", Email = "david@example.com", Age = 35 },
                    new User { Id = 6, Username = "emma_davis", Email = "emma@example.com", Age = 27 },
                    new User { Id = 7, Username = "alex_taylor", Email = "alex@example.com", Age = 31 },
                    new User { Id = 8, Username = "lisa_anderson", Email = "lisa@example.com", Age = 29 },
                    new User { Id = 9, Username = "tom_miller", Email = "tom@example.com", Age = 33 },
                    new User { Id = 10, Username = "anna_white", Email = "anna@example.com", Age = 26 }
                };

                // 插入记录  
                users.InsertBulk(testUsers);

                // 示例查询操作  
                // 查找所有年龄大于30的用户  
                var over30 = users.Find(x => x.Age > 30).ToList();
                Console.WriteLine($"Over 30: {string.Join(", ", over30.Select(x => x.Username))}");

                // 按用户名查找  
                var userJohn = users.FindOne(x => x.Username == "john_doe");
                Console.WriteLine($"John Doe: {userJohn.Email}");

                // 使用复合索引查找  
                var userByEmailAndUsername = users.FindOne(x => x.Username == "emma_davis" && x.Email == "emma@example.com");
                Console.WriteLine($"Emma Davis: {userByEmailAndUsername.Age}");

                Console.ReadKey();
            }
        }
    }
}

全文检索是现代应用程序中非常重要的搜索技术，它允许用户快速、精确地在大量文本数据中找到相关信息。在设备日志管理系统中，高效的全文检索尤为关键。

LiteDB 全文检索技术

基本全文检索实现

C#
// 定义设备日志实体
public class DeviceLog
{
    public int Id { get; set; }
    public DateTime Timestamp { get; set; }
    public string DeviceId { get; set; }
    public string LogLevel { get; set; }
    public string Message { get; set; }
}

准备基础数据

C#
namespace App10
{
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var logService = new LogSearchService("devicelogs.db");
            // 添加测试记录  
            var testLogs = new List<DeviceLog>
            {
                new DeviceLog
                {
                    DeviceId = "DEV001",
                    Timestamp = DateTime.Now.AddHours(-2),
                    LogLevel = "INFO",
                    Message = "设备启动正常，开始运行"
                },
                new DeviceLog
                {
                    DeviceId = "DEV001",
                    Timestamp = DateTime.Now.AddHours(-1),
                    LogLevel = "WARNING",
                    Message = "网络连接不稳定，正在重试"
                },
                new DeviceLog
                {
                    DeviceId = "DEV002",
                    Timestamp = DateTime.Now.AddMinutes(-45),
                    LogLevel = "ERROR",
                    Message = "设备温度过高，紧急停机"
                },
                new DeviceLog
                {
                    DeviceId = "DEV003",
                    Timestamp = DateTime.Now.AddMinutes(-30),
                    LogLevel = "INFO",
                    Message = "系统更新完成，版本号v2.1.0"
                },
                new DeviceLog
                {
                    DeviceId = "DEV002",
                    Timestamp = DateTime.Now.AddMinutes(-25),
                    LogLevel = "ERROR",
                    Message = "网络连接异常，无法访问远程服务器"
                },
                new DeviceLog
                {
                    DeviceId = "DEV001",
                    Timestamp = DateTime.Now.AddMinutes(-20),
                    LogLevel = "INFO",
                    Message = "数据备份完成，存储空间充足"
                },
                new DeviceLog
                {
                    DeviceId = "DEV004",
                    Timestamp = DateTime.Now.AddMinutes(-15),
                    LogLevel = "WARNING",
                    Message = "内存使用率达到85%，建议优化"
                },
                new DeviceLog
                {
                    DeviceId = "DEV003",
                    Timestamp = DateTime.Now.AddMinutes(-10),
                    LogLevel = "ERROR",
                    Message = "传感器数据异常，需要校准"
                },
                new DeviceLog
                {
                    DeviceId = "DEV004",
                    Timestamp = DateTime.Now.AddMinutes(-5),
                    LogLevel = "INFO",
                    Message = "设备自检完成，运行正常"
                },
                new DeviceLog
                {
                    DeviceId = "DEV002",
                    Timestamp = DateTime.Now,
                    LogLevel = "WARNING",
                    Message = "电源电压波动，已切换备用电源"
                }
            };

            // 将测试记录插入数据库  
            logService.BatchInsert(testLogs);

            Console.ReadKey();
        }
    }
}