MySQL 多版本并发控制 —— MVCC

前言

• MVCC指的是快照读。
• MySQL中仅在RC读已提交级别、RR可重复读级别才会使用MVCC机制。
• 在RC级别中，MVCC机制是会在每次select语句执行前，都会生成一个ReadView。
• 在RR级别中，一个事务只会在首次执行select语句时生成快照，后续所有的select操作都会基于这个ReadView来判断，这样也就解决了RC级别中存在的不可重复问题。

隔离级别

• 读未提交（READ UNCOMMITTED）：这是事务的最低隔离级别，事务中的读取操作可以看到其他未提交事务的变动。这种隔离级别可能导致脏读、不可重复读和幻读问题。

• 读提交（READ COMMITTED）：这是大多数数据库系统的默认隔离级别。事务中的读取操作只能看到其他事务已经提交的变动。这种隔离级别解决了脏读问题，但可能会出现不可重复读和幻读问题。

• 可重复读（REPEATABLE READ）：这是MySQL的默认隔离级别。事务中多次读取同一行数据，而不会看到其他事务对这一行数据的修改。这种隔离级别解决了脏读和不可重复读问题，但仍然可能出现幻读问题。

• 可串行化（SERIALIZABLE）：这是事务的最高隔离级别。在事务执行期间，使用该隔离级别可以保证事务串行执行，避免了脏读、不可重复读和幻读问题。但是这种隔离级别效率低下，因为事务通常需要等待前一个事务完成，才能继续执行。

读方式

• 当前读是指在事务执行过程中，直接读取数据，而不是等待事务提交。这种读取方式会阻塞其他事务的写入操作，因此在并发性能方面可能较差。

  • 排他锁（也称为写锁）：使用 SELECT ... FOR UPDATE 语句来对选定的数据行添加排他锁。例如：SELECT * FROM table_name WHERE condition_column = 'condition_value' FOR UPDATE; 将返回满足条件的数据行，并对这些行添加排他锁。其他事务需要对这些行进行修改或删除时，必须等待排他锁被释放。

  • 共享锁（也称为读锁）：使用 SELECT ... LOCK IN SHARE MODE 语句来对选定的数据行添加共享锁。例如：SELECT * FROM table_name WHERE condition_column = 'condition_value' LOCK IN SHARE MODE; 将返回满足条件的数据行，并对这些行添加共享锁。其他事务可以继续读取这些行，但是不能修改或删除。其他事务必须等待共享锁被释放。

• 快照读是指在某个时间点上，一个事务读取另一个已经提交的事务的数据。在大多数情况下，读取操作不会阻塞其他事务的写入操作，这样可以提高数据库的并发性能。

  • SELECT * FROM table_name WHERE condition_column = 'condition_value';

隐藏字段

• DB_ROW_ID：这是一个隐藏的列，它存储了行的唯一标识符。每一行都有一个唯一的ID，这个ID是在创建行时自动生成的。DB_ROW_ID列通常在InnoDB表的物理结构中存在，但在SELECT、INSERT、UPDATE等SQL语句中是隐藏的，不能直接访问或修改。
• DB_Deleted_Bit：这是一个内部标记位，用于表示该行是否被标记为删除。当一行被删除时，该标记位将被设置为1，表示该行已被删除。这个字段仅在内部使用，对用户来说是隐藏的。
• DB_TRX_ID：这是一个隐藏的列，它存储了当前事务的ID。当一行被修改或删除时，该事务的ID将被存储在该列中。通过这个字段，InnoDB引擎可以追踪事务的修改操作，并在需要时进行回滚操作。
• DB_ROLL_PTR：这是一个隐藏的指针，它指向回滚日志中的位置，用于在需要回滚时恢复数据。当事务需要回滚时，InnoDB引擎将使用DB_ROLL_PTR来找到对应的回滚日志，并根据日志中的信息将数据恢复到事务开始之前的状态。

undo-log

SELECT * FROM `users` WHERE user_id = 1;
+---------+-----------+----------+
| user_id | user_name | user_age |
+---------+-----------+----------+
|       1 | xyc       | 18       |
+---------+-----------+----------+

UPDATE `users` SET user_name = "neil" WHERE user_id = 1;
UPDATE `users` SET user_age = 20 WHERE user_id = 1;

比如上述这段SQL隶属于trx_id=1的事务，undo-log日志中存储的数据为：

不同的旧版本数据，会以roll_ptr回滚指针作为链接点，然后将所有的旧版本数据组成一个单向链表。最新的旧版本数据，都会插入到链表头中，而不是追加到链表尾部。

ReadView

ReadView就是一个事务在尝试读取一条数据时，MVCC基于当前MySQL的运行状态生成的快照，也被称之为读视图。当一个事务启动后，首次执行select操作时，MVCC就会生成一个数据库当前的ReadView，通常而言，一个事务与一个ReadView属于一对一的关系，ReadView一般包含四个核心内容：

• creator_trx_id：代表创建当前这个ReadView的事务ID。

• trx_ids：表示在生成当前ReadView时，系统内活跃的事务ID列表，活跃事务是指还在执行的事务，即未结束（提交/回滚）的事务。

• up_limit_id：活跃的事务列表中，最小的事务ID。

• low_limit_id：表示在生成当前ReadView时，系统中要给下一个事务分配的ID值，MySQL的事务ID是按序递增的。

例如：

{
    "creator_trx_id" : "0",
    "trx_ids" : "[1,2,4]",
    "up_limit_id" : "1",
    "low_limit_id" : "5"
}

MVCC机制实现原理

• 当一个事务尝试改动某条数据时，会将原本表中的旧数据放入undo-log中。
• 当一个事务尝试查询某条数据时，MVCC会生成一个ReadView快照。
• 其中undo-log主要实现数据的多版本，ReadView则主要实现多版本的并发控制。

-- 事务T1：trx_id=1
UPDATE `users` SET user_name = "neil" WHERE user_id = 1;
UPDATE `users` SET user_sex = 20 WHERE user_id = 1;

-- 事务T2：trx_id=2
SELECT * FROM `users` WHERE user_id = 1;

目前存在T1、T2两个并发事务，T1目前在修改user_id=1的这条数据，而T2则准备查询这条数据，那么T2在执行时具体过程如下：

就是首先会去获取表中行数据的隐藏列，然后经过上述一系列判断后，可以得知：目前查询数据的事务到底能不能访问最新版的数据。如果能，就直接拿到表中的数据并返回，反之，不能则通过roll_ptr去undo-log日志中获取链表头的旧版本数据，然后依次遍历整个链表，从而检索到最合适的一条数据并返回。