深入理解MySQL数据库核心技术之MVCC多版本并发控制原理

MySQL中多版本并发控制（MVCC, Multi-Version Concurrency Control）是一种旨在提高数据库并发性能的机制，特别适用于InnoDB存储引擎。MVCC通过维护数据的多个版本来实现事务间的并发访问，允许读操作与写操作在大多数情况下无需相互阻塞，从而提升了数据库系统的并发能力和整体性能。

1. 数据版本化

隐藏列与事务ID

InnoDB为每行数据添加了几个隐藏列，其中与MVCC相关的主要是事务ID（Transaction ID）和 回滚指针（Roll Pointer）。事务ID记录了最后一次修改该行数据的事务的ID，而回滚指针指向存储在Undo Log中的该行数据的前一个版本。

Undo Log

每当事务对数据进行修改（INSERT、UPDATE、DELETE）时，InnoDB不仅会更新当前数据，还会在Undo Log中记录修改前的旧版本。Undo Log按事务顺序组织，形成了一个版本链，用于在需要时回滚事务或提供历史版本供其他事务读取。

2. 事务视图与快照读

事务视图

每个事务在启动时会获得一个唯一的事务ID，并基于这个ID构建一个事务视图。事务视图决定了事务能看到哪些数据版本：

• 对于已提交事务，事务视图包含所有在其启动前已提交的事务所修改的数据版本。
• 对于未提交事务，即使它们修改的数据已写入到数据页，事务视图也不包含这些未提交的更改。

快照读与当前读

根据读取数据的方式，MySQL区分两种类型的读操作：

• 快照读（Snapshot Read）：这是MVCC中的非锁定读，包括普通的SELECT查询（不使用FOR UPDATE或LOCK IN SHARE MODE）以及内部的索引查找。快照读会根据事务视图返回对应版本的数据，不会阻塞其他事务的写操作。
• 当前读（Current Read）：包括SELECT … FOR UPDATE、SELECT … LOCK IN SHARE MODE、INSERT、UPDATE、DELETE等操作，这些操作会获取数据的最新版本（可能需要等待其他事务释放锁）并确保后续的修改不会被其他事务覆盖。当前读会使用锁来实现隔离性，与MVCC的非锁定读相对。

3. 版本选择与清理

版本选择

当事务进行快照读时，InnoDB会根据事务视图找到符合要求的版本：

• 如果一行数据的事务ID小于等于事务视图中的最小已提交事务ID，那么该行数据对于当前事务可见。
• 如果一行数据的事务ID大于事务视图中的最小已提交事务ID，且该行处于未提交状态（即由其他未提交事务创建或修改），那么该行对当前事务不可见。

版本清理

随着事务的提交和回滚，旧版本的数据会逐渐积累。InnoDB通过purge操作来清理不再需要的旧版本数据，以释放空间。Purge操作通常由后台线程异步执行，确保不影响正常的数据库操作。

4. 隔离级别与MVCC的关系

MVCC在不同的隔离级别下表现不同：

• 在READ COMMITTED隔离级别，每次快照读都会获取最新的已提交数据版本，因此每次查询可能看到不同的结果。
• 在REPEATABLE READ隔离级别（InnoDB默认级别），整个事务期间的所有快照读都将看到同一版本的数据，保证了多次查询结果的一致性。InnoDB通过Next-Key Locking和MVCC结合，避免了幻读问题。