事务隔离级别的简介与MVCC的实现

Posted 2021-05-16 刘俊岐.

大家对mysql事物的隔离级别一定很清楚，分别有：

1. 读未提交
2. 读已提交
3. 可重复读
4. 串行化

而mysql默认的隔离级别是可重复读，那么今天我就给大家说说可重复读的实现原理。

可重复的的意思就是在在一个事务开始过后，无论是否其他事务对某一行或某几行进行了修改，只要本事务没有对其修改，那么这些行的数据在本事务中永远是不变的。所以在mysql内部究竟是如何实现这一机制的呢？实现这一机制是否会带来其他的问题呢？

首先我们关注下这个事务执行的时序图

事务A	事务B
开启事务	开启事务
查询得到值C
	查询的到值C
	将值C改为值D
查询得到值E
	提交事务B
查询得到值F
提交事务A

我们可以看下，当事务的隔离级别分别是读未提交，读已提交，可重复读时候值A、值B、值D究竟是多少。

• 当事务隔离级别是读未提交的时候，事务B执行修改值C值为D后，事务A可以立即看到，所以值E和值F都等于值D
• 当事务隔离级别是读已提交的时候，当事务B未提交的时候，我们还看不到值D，所以值E等于值C，直到事务B提交之后，事务A再次查询的时候，会看到修改后的值D
• 当事务隔离级别是可重复读的时候，事务A自始至终都看不到事务B对值C的修改，所以值E和值F都等于值C

可是数据库是如何实现这种机制的呢？在数据库里面，会创建一个视图，取值的时候视图的逻辑结果为准，当隔离级别是可重复读时候，这个视图是开启事务时创建的，而当隔离级别是读已提交的时候，这个视图是在每个sql语句提交的时候创建的。

我们可以通过参数transaction-isolation设置mysql的隔离级别

事务隔离级别的具体实现

这里我详细说明下可重复读的实现原理，为了支持事务的回滚操作，在mysql中设置了undo log，实际上在每一条记录更新的时候都会记录一个回滚的操作，记录上的最新值都可以通过回滚操作获得之前状态的值。那么undo log中记录的到底是什么呢？下面我举一个例子，将一个值从1依次改到2、3、4后，mysql中的undo log是什么样子的。

当我们在修改这个记录的同时，不同时刻开启的事务就会看到不同的read-view，也就是说同样的一条记录在多个事务中可能有多个不同的版本，这也就是MVCC的原理。

也许你会发现如果这样下去，我们的undo log会越来越长，这样下去肯定不行。在InnoDB的设计中，等到这些undo log不需要的时候会进行删除，那怎么判断什么时候是不需要呢？答案就是当前系统里没有比这个回滚日志更早的read-view的时候。

这是我们会想到，如果我们使用了一个很长的事务，这时这个事务的undo log会非常大，占用很大的磁盘空间，所以我们尽量也不要使用长事务。

MVCC的实现

既然提到了刚刚提到了MVCC那我们就不得不详细说明下。

MVCC（多版本并发控制）存在的目的就是对数据库的并发访问提供一种实现方式。

在我们刚刚说到的可重复读隔离级别中，就是在事务启动的时为整个库拍了一个“快照”，但是这个快照肯定不是拷贝数据得来的，如果是拷贝数据的话，那得多慢呀！MySQL肯定不会使用这种方式，那这个“快照”在MVCC下是怎么工作的呢？

在InnoDB里面，每个事物启动的时候，InnoDB都会赋给其一个事务ID（transation id）。同时每行数据都有其数据的版本（row trx_id），而这个数据的版本就是更新这行数据事务的版本，并且老的数据会保留，并且会有方法拿到他（也就是通过上述的undo log）。

下图表示了undo log和每行记录的关系

弄清楚了row trx_id 和 transation id 以及undo log的概念以及他们之间的关系后，我们再来说下InnoDB怎样定义哪些数据在当前的事务中是可见的。也就是如何实现可重复读中的要求：以当前事务启动的时刻为准，一个数据版本在当前事务启动之前生成的就可见，否则就不可见，我需要找到其上一个版本。

在MySQL内部的实现上，在每一个事务启动的时候，会为每一个事务构建一个数组，来保存当前启动了还没提交的事务。同时在这个数组中，事务ID的最小值就记为低水位，事务ID的最大值+1就记为高水位。

所以，规则如下：

1. 如果一个数据的版本落在绿色部分，可见
2. 如果一个数据落在黄色部分，分两组情况
   1. 这个数据的row trx_id在数组中，不可见
   2. 这个数据的row trx_id不在数组中，可见
3. 如果数据落在红色部分，不可见

所以，当前事务可见的值不是最新的数据时，就需要通过row trx_id配合undo log还原当前事务快照的值。这样也就实现了MySQL秒级创建快照的能力。

但是对于更新过程可能会有点区别，我们看下下面这个时序图

序号	事务A	事务B
T1	begin;
T2	select c from T where id = 1
T3		update T set c = c+1 where id = 1
T4	update T set c = c+1 where id = 1
T5	select c from T where id = 1

假设id=1这行c的记录初始值为0，那么执行事务A T5的返回值应该是多少呢。

答案是2，这是因为update语句是当前读，不是快照读，要获取当前行数据最大的row trx_id所对应的结果。