MySQL-MVCC-深入解析

1、什么是MVCC?

MVCC,Multi-Version Concurrency Control,多版本并发控制，是MySQL的默认存储引擎InnoDB实现隔离级别的一种具体方式，能够实现提交读/READ-COMMITTED和可重复读/REPEATABLE-READ两种隔离级别。
MVCC指的就是在使用 READ COMMITTDREPEATABLE READ这两种隔离级别的事务在执行普通的 SELECT 操作时，访问记录的版本链的过程。可以使不同事务的读-写、写-读操作并发执行，从而提升系统性能。

• 提交读/READ-COMMITTED：允许读取并发事务已经提交的数据， 可以阻止脏读，但是幻读或不可重复读仍有可能发生。
• 可重复读/REPEATABLE-READ：对同一字段的多次读取结果都是一致的，除非数据是被本身事务自己所修改，可以阻止脏读和不可重复读，但幻读仍有可能发生。

2、版本链和ReadView

（1）版本链

对于使用 InnoDB 存储引擎的表来说，它的聚簇索引记录中都包含两个必要的隐藏列：

• trx_id：一个是事务ID，保存修改此条记录的事务ID
• roll_pointer：一个是回滚指针，指向该记录修改前的信息

（2）ReadView

• 对使用READ UNCOMMITTED隔离级别的事务，直接读取记录的最新版
• 对使用SERIALIAZABLE隔离级别的事务，使用加锁来读取记录
• 对使用READ-COMMITTED和REPEATABLE-READ隔离级别的事务，需要使用版本链读记录
  核心问题：判断版本链中的哪个版本是当前事务可见的？
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ReadView的四个主要内容：

• m_ids：表示在生成 ReadView 时，当前系统中活跃的读写事务的事务 id 列表。
• min_trx_id：表示在生成 ReadView 时当前系统中活跃的读写事务中最小的事务id，也就是m_ids中的最小 值。
• ****：表示生成 ReadView 时系统中应该分配给下一个事务的id值。
• creator_trx_id：表示生成该 ReadView 的事务的事务id。
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  READ COMMITED 在每一次进行普通 SELECT 操作前都会生成一个ReadView，而 REPEATABLE READ 只在 第一次进行普通 SELECT 操作前生成一个 ReadView ，之后的查询操作都重复使用这个 ReadView。
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  通过比较版本链中被访问版本的trx_id和ReadView中的creator_trx_id /min_trx_id/max_trx_id来判断当前记录是否可以被此事务访问
  1、trx_id == creator_trx_id相同，则当前事务在访问它自己修改过的记录，该版本可以被当前事务访问；
  2、trx_id < min_trx_id，表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView之前已经提交了，该版本可以被当前事务访问；
  3、trx_id > max_trx_id，证明生成该版本的事务，在当前事务生成ReadView后才开启，该版本不能被当前事务访问；
  4、 min_trx_id < trx_id < max_trx_id，需要继续判断 trx_id是否在m_ids列表中
  1）在，说明创建ReadView时生成该版本的事务还是活跃的，不能被访问
  2）不在，说明创建ReadView时生成该版本的事务已提交，该版本能被访问

3、MVCC带来的好处

-数据多版本(MVCC)是MySQL实现高性能的一个主要的方式，通过对普通的SELECT不加锁，直接利用MVCC读取指定版本的值，避免了对数据重复加锁的过程.

• 在 READ COMMITED 事务隔离级别下，对于快照数据，读取被锁定行的最新一份快照数据
• 在 REPEATABLE READ事务隔离级别下，读取事务开始时的行数据版本

在实际场景中读操作往往多于写操作，而 MVCC 利用了多版本的思想，写操作更新最新的版本快照，而读操作去读旧版本快照，没有互斥关系。

• 在 MVCC 中事务的修改操作（DELETE、INSERT、UPDATE）会为数据行新增一个版本快照。
• 可以认为MVCC是行级锁的一个变种，InnoDB采用了乐观锁的策略，在每行记录保存两个隐藏列来实现，这两个列保存了行的版本号信息，每开启一个新事务，版本号自动更新，事务开始时刻的版本号作为事务的版本号。用来和查询到的记录所带的版本号进行比较来判断。
  在事务进行读取操作时，为了解决脏读和不可重复读问题，MVCC 规定只能读取已经提交的快照。当然一个事务可以读取自身未提交的快照，这不算是脏读。
  – 系统版本号 SYS_ID：是一个递增的数字，每开始一个新的事务，系统版本号就会自动递增。
  – 事务版本号 TRX_ID ：事务开始时的系统版本号。

4、Undo日志

MVCC 的多版本指的是多个版本的快照，快照存储在 Undo 日志中，该日志通过2.1介绍的回滚指针 ROLL_PTR 把一个数据行的所有快照连接起来。

• 例如在 MySQL 创建一个表 t，包含主键 id 和一个字段 x。我们先插入一个数据行，然后对该数据行执行两次更新操作。

INSERT INTO t(id, x) VALUES(1, "a");
UPDATE t SET x="b" WHERE id=1;
UPDATE t SET x="c" WHERE id=1;

因为没有使用 START TRANSACTION 将上面的操作当成一个事务来执行，根据 MySQL 的 AUTOCOMMIT 机制，每个操作都会被当成一个事务来执行，所以上面的操作总共涉及到三个事务。快照中除了记录事务版本号 TRX_ID 和操作之外，还记录了一个 bit 的 DEL 字段，用于标记是否被删除。

INSERT、UPDATE、DELETE 操作会创建一个日志，并将事务版本号 TRX_ID 写入。DELETE 可以看成是一个特殊的 UPDATE，还会额外将 DEL 字段设置为 1。

5、ReadView的结构

MVCC 维护了一个 ReadView 结构，主要包含了当前系统未提交的事务列表 TRX_IDs {TRX_ID_1, TRX_ID_2, …}，还有该列表的最小值 TRX_ID_MIN 和 TRX_ID_MAX。

在进行 SELECT 操作时，根据数据行快照的 TRX_ID 与 TRX_ID_MIN 和 TRX_ID_MAX 之间的关系，从而判断数据行快照是否可以使用：

• TRX_ID < TRX_ID_MIN，表示该数据行快照时在当前所有未提交事务之前进行更改的，因此可以使用。

• TRX_ID > TRX_ID_MAX，表示该数据行快照是在事务启动之后被更改的，因此不可使用。

• TRX_ID_MIN <= TRX_ID <= TRX_ID_MAX，需要根据隔离级别再进行判断：

  • 提交读：如果 TRX_ID 在 TRX_IDs 列表中，表示该数据行快照对应的事务还未提交，则该快照不可使用。否则表示已经提交，可以使用。
  • 可重复读：都不可以使用。因为如果可以使用的话，那么其它事务也可以读到这个数据行快照并进行修改，那么当前事务再去读这个数据行得到的值就会发生改变，也就是出现了不可重复读问题。

在数据行快照不可使用的情况下，需要沿着 Undo Log 的回滚指针 ROLL_PTR 找到下一个快照，再进行上面的判断。

6、快照读和当前读### 1. 快照读

（1）快照读

MVCC 的 SELECT 操作是快照中的数据，不需要进行加锁操作。

SELECT * FROM table ...;

（2）当前读

MVCC 其它会对数据库进行修改的操作（INSERT、UPDATE、DELETE）需要进行加锁操作，从而读取最新的数据。可以看到 MVCC 并不是完全不用加锁，而只是避免了 SELECT 的加锁操作。

INSERT;
UPDATE;
DELETE;

在进行 SELECT 操作时，可以强制指定进行加锁操作。以下第一个语句需要加 S 锁，第二个需要加 X 锁。

SELECT * FROM table WHERE ? lock in share mode;
SELECT * FROM table WHERE ? for update;