Mysql系列--MVCC机制

Posted 2021-05-09 低调扫地僧

MVCC是Innodb存储引擎支持的，主要用来提高mysql的读写性能的。在中，我们了解到数据库的隔离级别有 未提交读、提交读(RC)、可重复读(RR)以及串行化。

目前MVCC机制主要适用于RC和RR两种隔离级别。

1、MVCC是什么？

MVCC全称为Multi-Version Concurrency Control，即多版本并发控制，是一种并发控制方法。在Mysql Innodb引擎中，MVCC主要用于提高数据库并发性能，使用一种更优的方式去处理读-写冲突，做到在读写冲突时，读不影响写，写也不影响读。同时，MVCC也解决了脏读、不可重复读和幻读的问题，但是不能解决更新丢失的问题。

在进行MVCC原理学习之前，我们需要先了解Mysql中的读：当前读和快照读。

2、当前读和快照读

2.1 当前读

就是读当前最新的内容，在读取的过程中，会对该记录进行加锁，阻止其它事务对其进行修改。以下操作都是当前读：select ... lock in share mode、select ... for update、update、insert、delete等。

2.2 快照读

就是读取的是快照内容，这个数据可能不是最新的，多个事务读取的快照内容也可能不一样（因为是不同时间段的快照），也不用对其进行加锁，其它事务可以读取并修改数据。以下操作是快照读：不加锁的select操作。快照读是基于MVCC实现的，目的是提高Mysql的并发性能。

MVCC本质上是为了实现读-写冲突不加锁，这里的读是指快照读，而不是当前读。在理论实现上就是维护一份数据多个版本，使得读-写操作没有冲突。下面我们来学习MVCC实现的具体原理。

3、MVCC原理
MVCC是多版本并发控制，大致原理如下：每次修改时都生成一个版本，每个版本都关联一个事务id，读操作只读取本次事务开始前最新的数据库快照。

基于以上原理，MVCC需要解决以下问题：版本维护、快照。

3.1 版本维护

对于每条记录，除了我们定义的字段外，还存在三个隐式字段：DB_TRX_ID,DB_ROLL_PTR,DB_ROW_ID。

• DB_TRX_ID：最近修改的事务id

• DB_ROLL_PTR：回滚指针，指向该条记录的上一版本，存储在Undo log的存在rollback segment中，通过该指针可以形成一个版本链。

• DB_ROW_ID：隐藏的自增ID（隐藏主键），如果没有设置主键，Mysql会自动使用该字段产生聚簇索引。

DB_ROLL_PTR字段主要是配合undo日志使用，Undo日志主要分为两种：Insert Undo日志和Update Undo日志。

对于Insert Undo日志，只在事务回滚时需要，事务提交后就可以被删除；对于Update Undo日志，不仅在事务回滚时需要，还在快照读时需要，只有快照读或回滚时不涉及该日志时才能被删除。

需要注意，Mysql在删除记录时，并不是直接删除记录，而是给该记录打个标，然后由Purge线程异步删除。

上图是修改记录的版本链，在修改时，会先将记录数据复制一份到Undo日志中，并修改当前记录的DB_ROLL_PTR指向刚才复制的数据，同时设置DB_TRX_ID（递增的）。在每个事务开始时，都会分配一个事务id(DB_TRX_ID)，这个事务id是递增的，因此最新的事务其对应的事务id越大。

3.2 快照

在事务执行快照读之前，Innodb引擎会生成一份快照，此时如何“正确”读取数据呢？为了“正确”的读取数据，就不得不先了解Read View（读视图）。Read View是在事务进行快照读的那一刻产生数据库当前活跃事务的快照，主要用于判断数据可见性，即判断当前事务能看到什么版本的数据。

Read View通过可见性算法来判断事务数据的可见性，假设low_trx_id表示当前活跃事务的最小id，up_trx_id表示下一个即将分配的事务id，需要查看的记录行对应的事务id为db_trx_id，具体可见性算法如下：

1. 如果db_trx_id < low_trx_id，说明当前事务是可以看到该事务db_trx_id对应的数据。
   

2. 如果db_trx_id >= up_trx_id，说明事务db_trx_id是在Read View生成之后出现的，该事务db_trx_id对应的数据对当前事务是不可见的。

3. 如果low_trx_id <= db_trx_id < up_trx_id，需要检查事务db_trx_id是否属于当前活跃的事务，如果属于，则说明当前事务还未提交，事务db_trx_id对应的数据对当前事务不可见；否则，事务db_trx_id对应数据对当前事务可见。

当事务db_trx_id对当前事务不可见时，需要根据DB_ROLL_PTR找到上一个事务，然后重复上面流程，直到找到可见的数据或者DB_ROLL_PTR为null为止。

下面以一个具体的例子进行说明，假设想查看DB_ROW_ID为1的记录数据Fdata，Read View为查看瞬间生成当前活跃事务对应视图。

假设当前事务id为97，此时可看到Fdata为bb，这是因为事务103属于当前活跃事务，因此不可见，需要判断其对应的上一事务99，99大于low_trx_id(94)，且小于up_trx_id(104)，同时不属于当前活跃事务，因此对当前事务来说是可见的，所以Fdata为bb。

需要注意的是，在RC和RR隔离级别下，Read View的生成时机不同，导致两者的快照读的结果不同。

• 在RR隔离级别下，在首次快照读时生成快照和Read View，在其后的操作都将使用同一份Read View。

• 在RC隔离级别下，在每次快照读时都会重新生成快照和Read View。这就是在RC隔离级别下，可以看到其他事务提交更新的原因。