mysql事务基本特征与浅谈mvcc模式事务读取一致性问题解决

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原创 2022-05-02 10:40:20 866 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

MySQL的事务隔离级别、锁机制、MVCC的原理 MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制）是 MySQL中 InnoDB 引擎实现高并发访问的核心机制，通过数据多版本化解决读写冲突，实现非阻塞读取。MVCC 相对于为每个修改保存一个版本，版本与事务时间戳关系，读操作只读该事务开始前的数据库的快照。它是通过数据库记录中的隐式字段 Undo Log、Read View 实现的。MVCC 可以很好地平衡好性能和数据安全性之间的关系，在不加锁的情况下避免多事务竞争带来的不可重复读、脏读、幻读的问题。阅读详情

1、事务的特征以及事务并发造成的问题

2、事务读取一致性问题的解决方案

3、举例浅谈mvcc的原理

事务的特征以及事务并发造成的问题：

什么是事务：

定义：事务是数据库管理系统（DBMS）执行过程中的一个逻辑单位，由一个有限的数据库操作序列构成。

个人理解：通俗点说就是Navicat中打开的一个查询页面，就是一个事务，执行查询要么全部成功，要么全部失败。严谨点就是，mysql事务是一组原子性的SQL查询，或者说一个独立的工作单元，事务内的语句，要么全部执行成功，要么全部执行失败。它是一个逻辑单位，整体不能分割。

事务的典型场景：

一般来说数据库的事务类似类似代码中多线程。遇到有关数据变动操作时，在代码中使用事务注解，开启事务，实现拦截。再具体些的场景好比订单系统中操作，订单，物流的信息都需要在一个事务中完成，以免造成数据由多条请求操作，导致数据不准确。

支持事务的搜索引擎：

（1）InnoDB，由于其支持事务，所以也是默认搜索引擎

（2）NDB,支持集群的搜索引擎

事务的四大特性：

l 原子性（Atomicity） [ˌætəˈmɪsɪti] undo log

l 一致性（Consistent） [kənˈsɪstənt]

l 隔离性（Isolation） [ˌaɪsəˈleɪʃn]

l 持久性（Durable） [ ˈ dj ʊə r ə bl]

事务如何开启与关闭：

MySQL中如何开启事务：

set session autocommit = on/off; -- 设定事务是否自动开启

begin / start transaction -- 手工方式开启事务

commit / rollback -- 事务提交或回滚，关闭事务

ps: 可视化工具窗口关闭。事务的锁在结束后会释放。

事务读取一致性问题的解决方案：

参考http://www.contrib.andrew.cmu.edu/~shadow/sql/sql1992.txt，网页中中搜 "_iso"，其中p1,p2,p3问题就是这三个问题：

详细来看下这三个问题：

脏读：就是一个事务读到另一个事务没有提交的数据。事务B修改了一个数据，但未提交，事务A读到了事务B未提交的更新结果，事务A读到的就是脏数据。如下图示意

幻读：就是一个事务读到另一个事务新增加并提交的数据（insert）。在同一个事务中，对于同一组数据读取到的结果不一致。比如，事务B新增了一条记录，事务A 在事务B提交前后各执行了一次查询操作，发现后一次比前一次多了一条记录。幻读出现的原因就是由于事务并发新增记录而导致的。（仅限更新和删除操作）如下图示意

不可重复读: 就是一个事务读到另一个事务修改后并提交的数据（update）。在同一个事务中，对于同一组数据读取到的结果不一致。比如，事务A 在事务B 提交前读到的结果，和在事务B 提交后读到的结果可能不同。不可重复读出现的原因就是由于事务并发修改记录而导致的。读取了其他事务提交的数据（仅限插入操作）如下图示意

事务并发三大问题都是数据库读一致性问题，由数据库提供的事务隔离机制来解决。

由此可以引入事务隔离级别这个概念：

事务的隔离级别有四种，从低到高分别是：读未提交、读已提交、可重复读、序列化。
　　读未提交： Read Uncommitted，顾名思义，就是一个事务可以读取另一个未提交事务的数据。最低级别，它存在4个常见问题（脏读、不可重复读、幻读、丢失更新）。
　　读已提交： Read Committed，顾名思义，就是一个事务要等另一个事务提交后才能读取数据。它解决了脏读问题，存在3个常见问题（不可重复读、幻读、丢失更新）。
　　可重复读： Repeatable Read，就是在开始读取数据（事务开启）时，不再允许修改操作。它解决了脏读和不可重复读，还存在2个常见问题（幻读、丢失更新）。
　　序列化： Serializable，序列化，或串行化。就是将每个事务按一定的顺序去执行，它将隔离问题全部解决，但是这种事务隔离级别效率低下，比较耗数据库性能，一般不使用。

越高的隔离级别，能解决的数据一致性问题越多，但同时也会带来性能损耗、降低并发性。

还是上面那个网站中，贴出了事务隔离机制对数据一致性三大问题的解决程度：

翻译过来看下具体说了什么：

上述的事务隔离级别对解决事务并发三大问题的效果如下表，可能就是未解决，不可能就是已解决。

看到这里，感觉可重复读RR模式于业务于性能来说是比较合适的，于是我便打开我的数据库来验证下默认的是什么：

查看系统隔离级别：select @@global.tx_isolation;
查看会话隔离级别(5.0以上版本)：select @@tx_isolation;
查看会话隔离级别(8.0以上版本)：select @@transaction_isolation;

果然，那么，RR,RC的事务隔离级别是怎么实现的，不讲很底层的原理，直接引入一个大概念，有两个： lbcc,mvcc模式。

lbcc：在读取数据前，对其加锁，阻止其他事务对数据进行修改。

mvcc: 生成一个数据请求时间点的一致性数据快照(Snapshot)，并用这个快照来提供一定级别（语句级或事务级）的一致性读取。

很显然，lbcc模式，每次读取时都要对数据加锁，绝大多数场景下都是不现实的，所以一般使用的解决读一致性的问题的方法是mvcc。

InnoDB的mvcc(Multi-Version Concurrency Control)逻辑:

暂时放下lbcc，我们来看看MVCC。

MVCC 的目的就是多版本并发控制，在数据库中的实现，就是为了解决读写冲突，它的实现原理主要是依赖记录中的 3个隐式字段，undo日志，Read View 来实现的。

在这里插入图片描述DB_ROW_ID 是数据库默认为该行记录生成的唯一隐式主键，DB_TRX_ID 是当前操作该记录的事务 ID ,而 DB_ROLL_PTR 是一个回滚指针，用于配合 undo日志，指向上一个旧版本。

1.上面说到，mvcc是为数据生成一个readView,快照，我们可以理解为一个备份，这些插入更新删除等操作出来的备份存放在undolog日志中，以后每次访问都是来针对这个备份。

2.具体实现时依据一条规则：只能查找创建时间小于等于当前事务ID的数据，和删除时间大于当前事务ID的行（或未删除）

举例来看：

我有一条数据，id：1，name:吴彦祖。DB_TRX_ID版本为null

id	name	DB_TRX_ID	DB_ROLL_PTR	原始数据
1	吴彦祖	null	null	原始数据

这时我开启一个事务，执行select语句，就叫这个过程为：看看我是谁，结果是：id：1，name:吴彦祖。但是DB_TRX_ID版本变为了1.

id	name	DB_TRX_ID	DB_ROLL_PTR	我开启一个事务查看
1	吴彦祖	1	null	我开启一个事务查看

这是又有一个事务在我查看事务后开启，执行了一条更新语句，更新结果如下，同时DB_TRX_ID版本变为了2，这时执行“看看我是谁”，结果不变还是吴彦祖，原因就是遵循上面的展示规则：只能查找创建时间小于等于当前事务ID的数据，和删除时间大于当前事务ID的行（或未删除）

版本变味了	name	DB_TRX_ID	DB_ROLL_PTR	另一个事务开启了一个更新name操作
1	mmm.c	2	null	另一个事务开启了一个更新name操作

这是又有一个事务开启了删除操作，将这条字段整个删掉了，这时DB_ROLL_PTR变为了4，但是这时执行“看看我是谁”，结果不变还是吴彦祖，原因还是:只能查找创建时间小于等于当前事务ID的数据，和删除时间大于当前事务ID的行（或未删除）。

id	name	DB_TRX_ID	DB_ROLL_PTR	另一个事务开启了一个删除操作
1	mmm.c	3	4	另一个事务开启了一个删除操作

所以说，在开启一个事务后，mvcc帮助我们模拟锁定了这个表，这个事务之后的一切操作都与这个事务无关。在Mysql中，Read Committed 和Read Repeatable Read隔离级别的一个非常大的区别就是它们生成ReadView的时机不同。在Read Committed中每次查询都会生成一个实时的ReadView，做到保证每次提交后的数据是处于当前的可见状态。而RepeaTable Read中，在当前事务第一次查询时生成当前的ReadView，并且当前的ReadView会一直沿用到当前事务提交，以此来保证可重复度（RepeaTable Read）。
这就是mvcc通过多版本的机制来实现数据库读一致性的解决方案。

个人学习笔记，欢迎大佬指正交流。

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