MVCC实现原理

Posted 2021-09-04 codingjav

1、什么是MVCC

mvcc多版本并发控制。

mvcc在mysql innodb中主要是为了提高数据库并发性能，用更好的方式去处理读写冲突，做到即使有读写冲突时，也能做到不加索，非阻塞并发读。。

2、实现原理：

mvcc的实现是通过保存数据在某个时间点的快照来实现的。也就是说不管需要执行多长时间，每个事物看到的数据都是一致的。

3、mvcc解决那些问题？

事务并发可能会产生以下问题：

• 脏读：读取其它事务未提交的数据。
• 不可重复读：一个事务在读取一条数据时，由于另一个事务修改了这条数据并且提交事务，再次读取时导致数据不一致
• 幻读：一个事务读取了某个范围的数据，同时另一个事务新增了这个范围的数据，再次读取发现俩次得到的结果不一致。

mvcc可以解决脏读、不可重复读，使用快照读解决了部分幻读问题，但是在修改时还是使用当前读，所以还是存在幻读问题，幻读问题最终就是使用间隙锁解决。

4、当前读和快照读

当前读：给读操作加上共享锁、排它锁，DML操作加上排它锁，这些都是当前读。当前读所读取的数据都是最新的，读取数据时加上锁，保证其它事物不能修改当前记录。

快照读：快照读的数据有可能不是最新的，而是之前版本的数据。

如何区分当前读和快照读

不加锁的简单的select都属于快照读；与之对应的则是当前读，给select加上共享锁、排它锁。

5、mvcc底层实现要素

在这之前需要知道MVCC只在REPEATABLE READ（可重复读） 和 READ COMMITTED（已读提交）这俩种隔离级别下适用。

mvcc实现原理是通过 隐藏字段（创建时版本号、回滚指针、删除版本号）、undo log 、Read view来实现的。

5.1、隐藏字段

在Innodb存储引擎中，在有聚簇索引的情况下每一行记录中都会隐藏俩个字段，如果没有聚簇索引则还有一个6byte的隐藏主键。

创建版本号：创建记录事务ID

删除版本号：删除/修改记录事务ID。这里只是将字段标记为删除状态。

回滚指针：指向记录上一个版本

5.2、undo log

undo log 可以实现回滚操作来实现原子性，另外一个作用就是实现多版本控制 MVCC。

undo log细分为两种，insert时产生的undo log、update，delete时产生的undo log

在Innodb中insert产生的undo log在提交事务之后就会被删除，因为新插入的数据没有历史版本，所以无需维护undo log。

update和delete操作产生的undo log都属于一种类型，在事务回滚时需要，而且在快照读时也需要，则需要维护多个版本信息。只有在快照读和事务回滚不涉及该日志时，对应的日志才会被purge线程统一删除。

purge线程会清理undo log的历史版本，同样也会清理del flag标记的记录。

undo log 在mvcc中的作用就是 undo log 保存一个版本链，也就是上面回滚指针字段连接的。

当数据库执行select语句时会产生一致性试图read view。

read view是由查询时所有未提交事务ID组成的数组，数组中最小的事务ID为min_id和已创建的最大事务ID为max_id组成，查询的数据结果需要跟read-view做比较从而得到快照结果。

所以说undo log在mvcc中的作用就是为了根据存储的事务ID和一致性视图做对比，从而得到快照结果。

5.3、read view

当执行SQL语句查询时会产生一致性视图，也就是read-view，它是由查询的那一时间所有未提交事务ID组成的数组，和已经创建的最大事务ID组成的。

在这个数组中最小的事务ID被称之为min_id，最大事务ID被称之为max_id，查询的数据结果要根据read-view做对比从而得到快照结果。

于是就产生了以下的对比规则，这个规则就是使用当前的记录的trx_id跟read-view进行对比，对比规则如下。

5.3.1、版本链对比规则

如果落在trx_id<min_id，表示此版本是已经提交的事务生成的，由于事务已经提交所以数据是可见的

如果落在trx_id>max_id，表示此版本是由将来启动的事务生成的，是肯定不可见的

若在min_id<=trx_id<=max_id时

• 如果row的trx_id在数组中，表示此版本是由还没提交的事务生成的，不可见，但是当前自己的事务是可见的
• 如果row的trx_id不在数组中，表明是提交的事务生成了该版本，可见

在这里还有一个特殊情况那就是对于已经删除的数据，在之前的undo log日志讲述时说了update和delete是同一种类型的undo log，同样也可以认为delete就是update的特殊情况。

当删除一条数据时会将版本链上最新的数据复制一份，然后将trx_id修改为删除时的trx_id，同时在该记录的头信息中存在一个delete flag标记，将这个标记写上true，用来表示当前记录已经删除。

在查询时按照版本链的规则查询到对应的记录，如果delete flag标记位为true，意味着数据已经被删除，则不返回数据。

小结

在同一个事务中进行查询，会沿用第一次查询语句生成的read-view（前提是隔离级别是在可重复读）

通过以上的四个案例，在版本链寻找过程中，可以总结出一个小技巧

技巧图

根据这个小技巧你可以很快的得知此版本是否可见。

• 如果当前的事务ID在绿色部分，是已经提交事务，则数据可见
• 如果当前的事务ID在蓝色部分，会有俩种情况，如果当前事务ID在read-view数组内，是没有提交的事务不可见，如果不在数组内数据可见
• 如果落在红色部分，则不考虑，对于未来的事情不去想即可。

总结

本文内容从浅到深，从什么是mvcc到mvcc的底层实现，一步一步地陈述了mvcc的实现原理。

本文简单总结

• mvcc在不加锁的情况下解决了脏读、不可重复读和快照读下的幻读问题，一定不要认为幻读完全是mvcc解决的
• 对当前读、快照读理解，简单点说加锁就是当前读，不加锁的就是快照读。
• mvcc实现的三大要素俩个隐式字段、回滚日志、read-view
• 俩个隐式字段：DB_TRX_ID：记录创建这条记录最后一次修改该记录的事务ID，DB_ROLL_PTR：回滚指针，指向这条记录的上一个版本
• undo log在更新数据时会产生版本链，是read-view获取数据的前提
• read-view当SQL执行查询语句时产生的，是由为提交的事务ID组成的数组和创建的最大事务ID组成的
• 版本链规则看第五节的小结即可