学习 MySQL MVCC

MVCC 基本概念

当前读

读取的是记录的最新版本，读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录，会对读取的记录进行加锁。对于我们日常的操作，如：select…lock in share mode【共享锁】，select…for update、update、insert、delete【排他锁】都是一种当前读。

快照读

简单的select（不加锁）就是快照读，快照读，读取的是记录数据的可见版本，有可能是历史数据，不加锁，是非阻塞读。

Read Committed：每次select，都生成一个快照读。

Repeatable Read：开启事务后第一个 select 语句才是快照读的地方。

Serializable：快照读会退化为当前读。

演示当前读和快照读的区别：

MVCC

全称 【Multi-Version Concurrency Control】，多版本并发控制。指维护一个数据的多个版本，使得读写操作没有冲突，快照读为 MySQL 实现 MVCC 提供了一个非阻塞读功能、一种无锁的实现方式。

MVCC 的具体实现，还需要依赖于数据库记录中的三个隐式字段、undo log日志、readView。

MVCC 实现原理

隐藏字段

MySQL 中的行数据，除了我们肉眼能看到的字段之外，其实还包含了一些隐藏字段，它们在内部使用，默认情况下不会显示给用户。如下图除了 id、age、name 用户创建的字段，还有 DB_TRX_ID、DB_ROLL_PTR

字段	含义
DB_TRX_ID	最近修改事务ID，记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务ID。
DB_ROLL_PTR	回滚指针，指向这条记录的上一个版本，用于配合undo log，指向上一个版本。
DB_ROW_ID	隐藏主键，如果表结构没有指定主键，将会生成该隐藏字段。

undo log 日志

undo 日志（Undo Log）是 MySQL 中的一种重要的事务日志，undo 日志的作用主要有两个方面：

• 事务回滚：记录数据在执行之前是什么样子的，在 insert、update、delete 的时候产生的便于数据回滚的日志。
• MVCC 实现：MVCC 是 InnoDB 存储引擎的核心特性之一。通过使用 undo 日志，MySQL 可以为每个事务提供独立的事务视图，使得事务读取数据时能看到一致且符合隔离级别要求的数据版本。

undo log 的版本链

不同事务或相同事务对同一条记录进行修改，会导致该记录的 undo log 生成一条记录版本链表，链表的头部是最新的旧记录，链表的尾部是最早的旧记录，回滚指针指向最近的一次的修改记录。

如下图：

事务 2 将 age 改为 3，修改该行数据时，数据库会先对该行加排他锁，然后把该行数据拷贝到 undo log 中作为旧记录，即在 undo log 中有当前行的拷贝副本，当拷贝完成后，隐藏字段中的 BD_TRX_ID 会自增，DB_ROLL_PTR 回滚指针指向 undo log 的副本记录，即表示我的上一个版本就是它，事务提交后，释放锁。

事务 3、4 同理，指向上一个版本，此时就形成了一条版本链。

具体流程如下：

1. 在更新或删除操作之前，MySQL 会将旧值写入 undo log 中。
2. 当事务需要回滚时，MySQL 会根据事务的 undo log 记录，通过 DB_ROLL_PTR 找到对应的 undo log。
3. 根据 undo log 中记录的旧值，MySQL 将旧值恢复到相应的数据行中，实现数据的回滚操作。

ReadView

ReadView（读视图）是快照读 SQL 执行时 MVCC 提取数据的依据，记录并维护系统当前活跃的事务（未提交的）id。

ReadView 中包含了四个核心字段：

字段	含义
m_ids	当前活跃的事务ID集合（或者叫未提交的事务ID）
min_trx_id	最小活跃事务ID（在m_ids找个最小的）
max_trx_id	预分配事务ID，就是当前最大事务ID+1（因为事务ID是自增的）
creator_trx_id	ReadView 创建者的事务ID

其中版本链数据访问规则为：

不同的隔离级别，生成 ReadView 的时机不同：

READ COMMITTED：在事务中每一次执行快照读时生成ReadVieW。

REPEATABLE READ：仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView，后续复用该 ReadView，所以才叫可以重复读。

为方便大家记忆访问规则可以看下图：

绿色：可见
红色：不可见

RC 隔离级别下的 MVCC

以第一次查询为例：

trx_id（当前事务ID）：4 -> 3 -> 2 -> 1

m_ids（当前活跃的事务ID集合）：{3，4，5}

min_trx_id（最小活跃事务ID）：3

max_trx_id（预分配事务ID，当前最大事务ID+1）：6

creator_trx_id（ReadView创建者的事务ID）：5

从条件一至到条件四，trx_id一直从 4 -> 3 -> 2 -> 1，只要有规则成立的就返回当条记录

在图上例子中，当 trx_id 等于 2 的时候，trx_id < min_trx_id 成立了，所以就返回该条记录

RR 隔离级别下的 MVCC

在 RC 隔离级别，同一个事务中读取两次相同的记录是一样的，因为在第一次读取数据时生成一个 ReadView，后面会复用第一次生成的，所以才叫可重复读。

MVCC解决了什么问题

1. 脏读：在没有MVCC的情况下，一个事务可能读取到另一个未提交事务修改过的数据，如果后者回滚，那么前者读取的就是“脏”数据。MVCC通过确保事务只能读取到已提交的数据版本，从而避免了脏读问题。

2. 不可重复读：在数据库操作期间，如果没有适当的隔离机制，一个事务多次读取同一数据可能会得到不同的结果，因为其他事务可能在此期间修改了这些数据。MVCC通过为每个事务提供一个一致的数据快照，使得在同一个事务中的多次读取操作能够得到相同的结果，从而解决了不可重复读问题。

3. 幻读：幻读是指在同一个事务中，执行相同的查询语句，但第二次查询却返回了第一次查询中没有的新记录。虽然MVCC并不能完全解决幻读问题，但它可以在一定程度上减少幻读的发生，尤其是在读取时没有主动加锁的情况下。在某些数据库系统中，如MySQL的InnoDB存储引擎，幻读问题可以通过使用间隙锁来进一步解决。

4. 提高并发性能：MVCC允许读写操作同时进行，读操作不需要等待写操作完成，写操作也不会阻塞读操作。这种并发控制方式显著提高了数据库的并发处理能力，尤其是在读多写少的场景下。

5. 减少锁的使用：虽然MVCC本身也是一种形式的锁定机制，但它减少了传统意义上的行锁或表锁的需求。通过维护多个数据版本，MVCC能够在不加锁的情况下实现数据的并发访问，从而减少了锁竞争和锁开销。

6. 避免数据丢失：在写写操作中，如果没有合适的并发控制机制，可能会导致数据丢失问题。MVCC通过确保每个写操作都在其自己的数据版本上进行，从而避免了数据丢失问题。