MySQL多版本並發控制MVCC深入學習

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MVCC

MVCC（Multi-Version Concurrency Control），即多版本並發控制。是 innodb 實現事務並發與回滾的重要功能。鎖機制可以控制並發操作,但是其系統開銷較大,而MVCC可以在大多數情況下代替行級鎖,使用MVCC,能降低其系統開銷.

具體實現是在數據庫的每一行中，額外添加三個字段：

  1. DB_TRX_ID : 記錄插入或更新該行的最後一個事務的事務ID
  2. DB_ROLL_PTR : 指向改行對應undolog 的指針
  3. DB_ROW_ID : 單調遞增的ID，他就是AUTO_INCREMENT的主鍵ID

快照讀

像不加鎖的select操作就是快照讀，快照讀的出現是基於提高並發性能的考慮，快照讀的實現是基於多版本並發控制，即MVCC。可以認為 MVCC 是行鎖的一個變種，在很多情況下，避免瞭加鎖操作，降低瞭開銷；既然是基於多版本，即快照讀可能讀到的並不一定是數據的最新版本，而有可能是之前的歷史版本

當前讀

讀取的是當前的數據，不需要通過undo log回溯到事務開啟前的狀態。讀取的是記錄的最新版本，讀取時還要保證其他並發事務不能修改當前記錄，會對讀取的記錄進行加鎖。

數據庫並發場景有三種，分別為：

  • 讀-讀：不存在任何問題，也不需要並發控制
  • 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

說白瞭 MVCC 就是為瞭實現讀-寫沖突不加鎖，而這個讀指的就是快照讀, 而非當前讀，當前讀實際上是一種加鎖的操作，是悲觀鎖的實現

MVCC的出現就是大佬們不滿意用悲觀鎖去解決讀-寫沖突問題，所以有兩個方案：

  • 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實現原理

三個隱藏字段

  • DB_TRX_ID
    6 字節，最近修改(修改/插入)事務 ID：記錄創建這條記錄/最後一次修改該記錄的事務 ID
  • DB_ROLL_PTR
    7 字節，回滾指針，指向這條記錄的上一個版本（存儲於 rollback segment 裡）
  • DB_ROW_ID
    6 字節，隱含的自增 ID（隱藏主鍵），如果數據表沒有主鍵，InnoDB 會自動以DB_ROW_ID產生一個聚簇索引

版本鏈 / undo log

因為undo log會記錄事務前老版本數據，然後行記錄中回滾指針會指向老版本位置，如此形成一條版本鏈。Read View 會一直遍歷鏈表的DB_TRX_ID，直到找到滿足特定條件的 DB_TRX_ID。那麼這個DB_TRX_ID所在的舊記錄就是當前事務能看見的最新”老版本“

Read View

是事務開啟時，當前所有活躍事務（還未提交的事務）的一個集合。或者說Read View 就是事務進行快照讀操作的時候生產的讀視圖 (Read View)，在該事務執行的快照讀的那一刻，會生成數據庫系統當前的一個快照，記錄並維護系統當前活躍事務的 ID

三個Read View重要結構：

  • trx_list（名稱我隨意取的）
    一個數值列表
    用於維護 Read View 生成時刻系統 正活躍的事務 ID 列表
  • up_limit_id
    是 trx_list 列表中事務 ID 最小的 ID
  • low_limit_id

ReadView 生成時刻系統尚未分配的下一個事務 ID ，也就是 目前已出現過的事務 ID 的最大值 + 1

為什麼是 low_limit ? 因為它也是系統此刻可分配的事務 ID 的最小值

MVCC實現的整體流程：

總結

  • 應對高並發事務, MVCC比單純的加鎖更高效
  • MVCC隻在 讀已提交 和 可重復讀 兩個隔離級別下工作
  • 讀已提交隔離級別下，會在每次快照讀（查詢）都生成一個Read View，可重復讀隻在事務開始時生成一個Read View，以後每次查詢都用這個Read View，以此實現不同隔離級別。

參考：

【MySQL筆記】正確的理解MySQL的MVCC及實現原理_（推薦）

MySQL · 引擎特性 · InnoDB 事務系統 (taobao.org)

mvcc詳解 – 簡書 (jianshu.com)

到此這篇關於MySQL多版本並發控制MVCC深入學習的文章就介紹到這瞭。希望對大傢的學習有所幫助，也希望大傢多多支持WalkonNet。

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