MySQL的多版本並發控制MVCC的實現

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什麼是MVCC

MVCC就是多版本並發控制。

MySQL的事務型存儲引擎通過多版本並發控制（MVCC）來提升並發性能。

可以認為MVCC是行級鎖的一個變種，但是它在大多數情況下避免瞭加鎖操作，同時實現非阻塞的讀操作，因此開銷更低。

MVCC是通過保存數據在某個時間點的快照來實現的，核心思想就是保存數據的歷史版本，通過對數據行的多個版本管理來實現數據庫的並發控制。

這樣我們就可以通過比較版本號決定數據是否顯示出來，讀取數據的時候不需要加鎖也可以保證事務的隔離效果。

MVCC的實現

實際上，InnoDB 會在每行記錄後面增加三個隱藏字段：

  • ROW_ID：行ID，隨著插入新行而單調遞增，如果有主鍵，則不會包含該列。
  • TRX_ID：記錄插入或更新該行的事務的事務ID。
  • ROLL_PTR：回滾指針，指向 undo log 記錄。每次對某條記錄進行改動時，該列會存一個指針，可以通過這個指針找到該記錄修改前的信息。當某條記錄被多次修改時，該行記錄會存在多個版本，通過 ROLL_PTR 鏈接形成一個類似版本鏈的概念。

以 RR 級別為例：

每開啟一個事務時，系統會給該事務分配一個事務 Id，在該事務執行第一 個 select 語句的時候，會生成一個當前時間點的事務快照 ReadView，主要包含以下幾個屬性：

  • m_ids：表示生成ReadView時，當前系統中未提交的讀寫事務的事務id列表。
  • min_trx_id：表示生成ReadView時，當前系統中未提交的讀寫事務中最小的事務id，也就是m_ids中的最小值。
  • max_trx_id：表示生成ReadView時，系統中應該分配給下一個事務的id值。
  • creator_trx_id：表示生成ReadView時，該事務的事務id。

有瞭這個 ReadView，這樣在訪問某條記錄時，隻需要按照下邊的步驟判斷記錄的某個版本是否可見：

  • trx_id == creator_trx_id：可以訪問這個版本。
  • trx_id < min_trx_id ：可以訪問這個版本。
  • trx_id > max_trx_id：不可以訪問這個版本。
  • min_trx_id <= trx_id <= max_trx_id ：如果trx_id是在m_ids中，不可以訪問這個版本，反之可用。

在進行判斷時，首先會拿記錄的最新版本來比較，如果該版本無法被當前事務看到，則通過記錄的 ROLL_PTR 找到上一個版本，重新進行比較，直到找到一個能被當前事務看到的版本。
而對於刪除，其實就是一種特殊的更新，InnoDB 用一個額外的標記位 delete_bit 標識是否刪除。當我們在進行判斷時，會檢查下 delete_bit 是否被標記，如果是，則跳過該版本，通過 ROLL_PTR 拿到下一個版本進行判斷。

以上內容是對於 RR 級別來說，而對於 RC 級別，其實整個過程幾乎一樣，唯一不同的是生成 ReadView 的時機， RR 級別隻在事務開始時生成一次，之後一直使用該 ReadView。而 RC 級別則在每次 select 時，都會生成一個 ReadView。

MVCC 有沒有解決幻讀？

幻讀：在一個事務中使用相同的 SQL 進行兩次讀取，第二次讀取到瞭其他事務新插入的行。
例如：

1）事務 1 第一次查詢：select * from user where id < 10 時查到瞭 id = 1 的數據

2）事務 2 插入瞭 id = 2 的數據

3）事務 1 使用同樣的語句第二次查詢時，查到瞭 id = 1、id = 2 的數據，出現瞭幻讀。

談到幻讀，首先我們要引入“當前讀”和“快照讀”的概念。

  • 快照讀：生成一個事務快照（ReadView），之後都從這個快照獲取數據。普通 select 語句就是快照讀。
  • 當前讀：讀取數據的最新版本。常見的 update/insert/delete、還有 select … for update、select … lock in share mode 都是當前讀。

對於快照讀，MVCC 因為從 ReadView 讀取，所以必然不會看到新插入的行，所以天然就解決瞭幻讀的問題。

而對於當前讀的幻讀，MVCC 是無法解決的。需要使用 Gap Lock 或 Next-Key Lock（Gap Lock + Record Lock）來解決。

其實原理也很簡單，用上面的例子稍微修改下以觸發當前讀： 

select * from user where id < 10 for update

當使用瞭 Gap Lock 時，Gap 鎖會鎖住 id < 10 的整個范圍，因此其他事務無法插入 id < 10 的數據，從而防止瞭幻讀。

到此這篇關於MySQL的多版本並發控制MVCC的實現的文章就介紹到這瞭,更多相關MySQL多版本並發控制MVCC內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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