全網(wǎng)最全的一篇數(shù)據(jù)庫MVCC詳解，不全我負責

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什么是MVCC

全稱Multi-Version Concurrency Control，即多版本并發(fā)控制，主要是為了提高數(shù)據(jù)庫的并發(fā)性能。以下文章都是圍繞InnoDB引擎來講，因為myIsam不支持事務。

同一行數(shù)據(jù)平時發(fā)生讀寫請求時，會上鎖阻塞住。但mvcc用更好的方式去處理讀—寫請求，做到在發(fā)生讀—寫請求沖突時不用加鎖。

這個讀是指的快照讀，而不是當前讀，當前讀是一種加鎖操作，是悲觀鎖。

那它到底是怎么做到讀—寫不用加鎖的，快照讀和當前讀又是什么鬼，跟著你們的貼心老哥，繼續(xù)往下看。

當前讀、快照讀都是什么鬼

什么是MySQL InnoDB下的當前讀和快照讀？

當前讀

它讀取的數(shù)據(jù)庫記錄，都是當前最新的版本，會對當前讀取的數(shù)據(jù)進行加鎖，防止其他事務修改數(shù)據(jù)。是悲觀鎖的一種操作。

如下操作都是當前讀：

• select lock in share mode (共享鎖)

• select for update (排他鎖)

• update (排他鎖)

• insert (排他鎖)

• delete (排他鎖)

• 串行化事務隔離級別

快照讀

快照讀的實現(xiàn)是基于多版本并發(fā)控制，即MVCC，既然是多版本，那么快照讀讀到的數(shù)據(jù)不一定是當前最新的數(shù)據(jù)，有可能是之前歷史版本的數(shù)據(jù)。

如下操作是快照讀：

• 不加鎖的select操作（注：事務級別不是串行化）

快照讀與mvcc的關系

MVCCC是“維持一個數(shù)據(jù)的多個版本，使讀寫操作沒有沖突”的一個抽象概念。

這個概念需要具體功能去實現(xiàn)，這個具體實現(xiàn)就是快照讀。（具體實現(xiàn)下面講）

聽完貼心老哥的講解，是不是瞬間茅廁頓開。

數(shù)據(jù)庫并發(fā)場景

• 讀-讀：不存在任何問題，也不需要并發(fā)控制

• 讀-寫：有線程安全問題，可能會造成事務隔離性問題，可能遇到臟讀，幻讀，不可重復讀

• 寫-寫：有線程安全問題，可能會存在更新丟失問題，比如第一類更新丟失，第二類更新丟失

MVCC解決并發(fā)哪些問題？

mvcc用來解決讀—寫沖突的無鎖并發(fā)控制，就是為事務分配單向增長的時間戳。為每個數(shù)據(jù)修改保存一個版本，版本與事務時間戳相關聯(lián)。

讀操作只讀取該事務開始前的數(shù)據(jù)庫快照。

解決問題如下：

• 并發(fā)讀-寫時：可以做到讀操作不阻塞寫操作，同時寫操作也不會阻塞讀操作。

• 解決臟讀、幻讀、不可重復讀等事務隔離問題，但不能解決上面的寫-寫 更新丟失問題。

因此有了下面提高并發(fā)性能的組合拳：

• MVCC + 悲觀鎖：MVCC解決讀寫沖突，悲觀鎖解決寫寫沖突

• MVCC + 樂觀鎖：MVCC解決讀寫沖突，樂觀鎖解決寫寫沖突

MVCC的實現(xiàn)原理

它的實現(xiàn)原理主要是版本鏈，undo日志 ，Read View 來實現(xiàn)的

版本鏈

我們數(shù)據(jù)庫中的每行數(shù)據(jù)，除了我們肉眼看見的數(shù)據(jù)，還有幾個隱藏字段，得開天眼才能看到。分別是db_trx_id、db_roll_pointer、db_row_id。

• db_trx_id

  6byte，最近修改(修改/插入)事務ID：記錄創(chuàng)建這條記錄/最后一次修改該記錄的事務ID。

• db_roll_pointer（版本鏈關鍵）

  7byte，回滾指針，指向這條記錄的上一個版本（存儲于rollback segment里）

• db_row_id

  6byte，隱含的自增ID（隱藏主鍵），如果數(shù)據(jù)表沒有主鍵，InnoDB會自動以db_row_id產生一個聚簇索引。

• 實際還有一個刪除flag隱藏字段, 記錄被更新或刪除并不代表真的刪除，而是刪除flag變了

如上圖，db_row_id是數(shù)據(jù)庫默認為該行記錄生成的唯一隱式主鍵，db_trx_id是當前操作該記錄的事務ID，而db_roll_pointer是一個回滾指針，用于配合undo日志，指向上一個舊版本。

每次對數(shù)據(jù)庫記錄進行改動，都會記錄一條undo日志，每條undo日志也都有一個roll_pointer屬性（INSERT操作對應的undo日志沒有該屬性，因為該記錄并沒有更早的版本），可以將這些undo日志都連起來，串成一個鏈表，所以現(xiàn)在的情況就像下圖一樣：

對該記錄每次更新后，都會將舊值放到一條undo日志中，就算是該記錄的一個舊版本，隨著更新次數(shù)的增多，所有的版本都會被roll_pointer屬性連接成一個鏈表，我們把這個鏈表稱之為版本鏈，版本鏈的頭節(jié)點就是當前記錄最新的值。另外，每個版本中還包含生成該版本時對應的事務id，這個信息很重要，在根據(jù)ReadView判斷版本可見性的時候會用到。

undo日志

Undo log 主要用于記錄數(shù)據(jù)被修改之前的日志，在表信息修改之前先會把數(shù)據(jù)拷貝到undo log里。

當事務進行回滾時可以通過undo log 里的日志進行數(shù)據(jù)還原。

Undo log 的用途

• 保證事務進行rollback時的原子性和一致性，當事務進行回滾的時候可以用undo log的數(shù)據(jù)進行恢復。

• 用于MVCC快照讀的數(shù)據(jù)，在MVCC多版本控制中，通過讀取undo log的歷史版本數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)不同事務版本號都擁有自己獨立的快照數(shù)據(jù)版本。

undo log主要分為兩種：

• insert undo log

  代表事務在insert新記錄時產生的undo log , 只在事務回滾時需要，并且在事務提交后可以被立即丟棄

• update undo log（主要）

  事務在進行update或delete時產生的undo log ; 不僅在事務回滾時需要，在快照讀時也需要；

  所以不能隨便刪除，只有在快速讀或事務回滾不涉及該日志時，對應的日志才會被purge線程統(tǒng)一清除

Read View(讀視圖)

事務進行快照讀操作的時候生產的讀視圖(Read View)，在該事務執(zhí)行的快照讀的那一刻，會生成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)當前的一個快照。

記錄并維護系統(tǒng)當前活躍事務的ID(沒有commit，當每個事務開啟時，都會被分配一個ID, 這個ID是遞增的，所以越新的事務，ID值越大)，是系統(tǒng)中當前不應該被本事務看到的其他事務id列表。

Read View主要是用來做可見性判斷的, 即當我們某個事務執(zhí)行快照讀的時候，對該記錄創(chuàng)建一個Read View讀視圖，把它比作條件用來判斷當前事務能夠看到哪個版本的數(shù)據(jù)，既可能是當前最新的數(shù)據(jù)，也有可能是該行記錄的undo log里面的某個版本的數(shù)據(jù)。

Read View幾個屬性

• trx_ids: 當前系統(tǒng)活躍(未提交)事務版本號集合。

• low_limit_id: 創(chuàng)建當前read view 時“當前系統(tǒng)最大事務版本號+1”。

• up_limit_id: 創(chuàng)建當前read view 時“系統(tǒng)正處于活躍事務最小版本號”

• creator_trx_id: 創(chuàng)建當前read view的事務版本號；

Read View可見性判斷條件

• db_trx_id < up_limit_id || db_trx_id == creator_trx_id（顯示）

  如果數(shù)據(jù)事務ID小于read view中的最小活躍事務ID，則可以肯定該數(shù)據(jù)是在當前事務啟之前就已經(jīng)存在了的,所以可以顯示。

  或者數(shù)據(jù)的事務ID等于creator_trx_id ，那么說明這個數(shù)據(jù)就是當前事務自己生成的，自己生成的數(shù)據(jù)自己當然能看見，所以這種情況下此數(shù)據(jù)也是可以顯示的。

• db_trx_id >= low_limit_id（不顯示）

  如果數(shù)據(jù)事務ID大于read view 中的當前系統(tǒng)的最大事務ID，則說明該數(shù)據(jù)是在當前read view 創(chuàng)建之后才產生的，所以數(shù)據(jù)不顯示。如果小于則進入下一個判斷

• db_trx_id是否在活躍事務（trx_ids）中

  • 不存在：則說明read view產生的時候事務已經(jīng)commit了，這種情況數(shù)據(jù)則可以顯示。

  • 已存在：則代表我Read View生成時刻，你這個事務還在活躍，還沒有Commit，你修改的數(shù)據(jù)，我當前事務也是看不見的。

MVCC和事務隔離級別

上面所講的Read View用于支持RC（Read Committed，讀提交）和RR（Repeatable Read，可重復讀）隔離級別的實現(xiàn)。

RR、RC生成時機

• RC隔離級別下，是每個快照讀都會生成并獲取最新的Read View；

• 而在RR隔離級別下，則是同一個事務中的第一個快照讀才會創(chuàng)建Read View, 之后的快照讀獲取的都是同一個Read View，之后的查詢就不會重復生成了，所以一個事務的查詢結果每次都是一樣的。

解決幻讀問題

• 快照讀：通過MVCC來進行控制的，不用加鎖。按照MVCC中規(guī)定的“語法”進行增刪改查等操作，以避免幻讀。

• 當前讀：通過next-key鎖（行鎖+gap鎖）來解決問題的。

RC、RR級別下的InnoDB快照讀區(qū)別

• 在RR級別下的某個事務的對某條記錄的第一次快照讀會創(chuàng)建一個快照及Read View， 將當前系統(tǒng)活躍的其他事務記錄起來，此后在調用快照讀的時候，還是使用的是同一個Read View，所以只要當前事務在其他事務提交更新之前使用過快照讀，那么之后的快照讀使用的都是同一個Read View，所以對之后的修改不可見；

• 即RR級別下，快照讀生成Read View時，Read View會記錄此時所有其他活動事務的快照，這些事務的修改對于當前事務都是不可見的。而早于Read View創(chuàng)建的事務所做的修改均是可見

• 而在RC級別下的，事務中，每次快照讀都會新生成一個快照和Read View, 這就是我們在RC級別下的事務中可以看到別的事務提交的更新的原因

總結

從以上的描述中我們可以看出來，所謂的MVCC指的就是在使用READ COMMITTD、REPEATABLE READ這兩種隔離級別的事務在執(zhí)行普通的SEELCT操作時訪問記錄的版本鏈的過程，這樣子可以使不同事務的讀-寫、寫-讀操作并發(fā)執(zhí)行，從而提升系統(tǒng)性能。

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