MVCC版本号控制

mysql的innodb采用的是行锁,而且采用了多版本并发控制来提高读操作的性能。

什么是多版本并发控制呢 ?其实就是在每一行记录的后面增加两个隐藏列,记录创建版本号和删除版本号,

而每一个事务在启动的时候,都有一个唯一的递增的版本号。 

1、在插入操作时 : 记录的创建版本号就是事务版本号。 

比如我插入一条记录, 事务id 假设是1 ,那么记录如下:也就是说,创建版本号就是事务版本号。

id  name  create version  delete version  
1test  1 

2、在更新操作的时候,采用的是先标记旧的那行记录为已删除,并且删除版本号是事务版本号,然后插入一行新的记录的方式。 

比如,针对上面那行记录,事务Id为2 要把name字段更新

update table set name= 'new_value' where id=1;

id    name  create version  delete version  
1  test  12        
1  new_value  2 

 

3、删除操作的时候,就把事务版本号作为删除版本号。比如

delete from table where id=1; 

 

id  name  create version  delete version  
1new_value23  

 

4、查询操作: 

从上面的描述可以看到,在查询时要符合以下两个条件的记录才能被事务查询出来: 

1) 删除版本号 大于 当前事务版本号,就是说删除操作是在当前事务启动之后做的。 

2) 创建版本号 小于或者等于 当前事务版本号 ,就是说记录创建是在事务中(等于的情况)或者事务启动之前。

这样就保证了各个事务互不影响。从这里也可以体会到一种提高系统性能的思路,就是: 

通过版本号来减少锁的争用。

另外,只有read-committed和 repeatable-read 两种事务隔离级别才能使用mVcc

read-uncommited由于是读到未提交的,所以不存在版本的问题

而serializable 则会对所有读取的行加锁。 

 

 

 

<think>我们正在讨论MVCC(多版本并发控制)与CAS(比较并交换)的关系,以及它们在数据库和Java中的实现。用户的问题集中在理解MVCC的概念,以及它与CAS的对比。根据引用内容,我们可以总结如下:1.MVCC是一种数据库并发控制技术,通过保存数据的历史版本,使得读操作可以访问旧版本的数据,从而避免读写冲突,提高并发性能。引用[1]提到MVCC是现代数据库引擎处理读写冲突的常用手段,旨在提高高并发场景下的吞吐性能。2.引用[3]和[4]解释了MVCC与乐观锁、悲观锁的关系:-MVCC可以看作是一种乐观并发控制的实现(尽管也可以用于悲观控制),它通过多版本数据隔离读写操作,实现非阻塞读。-乐观锁通常通过版本号或CAS实现,它在提交时检查数据是否被修改,如果被修改则回滚或重试。-悲观锁则是在操作前加锁,阻止其他操作。3.引用[5]进一步解释了乐观锁和悲观锁的概念:-悲观锁:操作前加锁(如Java的synchronized),其他线程被阻塞。-乐观锁:操作时不加锁,操作完成后通过版本号或CAS判断是否冲突。4.引用[3]特别指出,MVCC和乐观锁(如CAS)都是概念上的思想,并不是实现。它们不是等于或包含关系。MVCC可以通过乐观锁实现(如使用版本号),也可以通过其他方法实现。但MVCC本身的目标是实现非阻塞的读。现在,我们需要回答用户的问题:理解MVCC版本控制的概念及其与CAS的关系,并对比数据库和Java中的实现。回答结构:1.解释MVCC的概念和实现原理(以数据库为例)。2.解释CAS的概念和实现(以Java为例)。3.讨论MVCC与CAS的关系和区别。4.对比它们在数据库和Java中的实现。具体内容:###1.MVCC版本并发控制**概念**:MVCC通过为每个修改保存数据的历史版本,使得读操作可以读取到某个一致性的快照版本,而不会被写操作阻塞。这样读写操作可以并发执行,提高了数据库的并发性能。**核心机制**(以MySQLInnoDB为例):-每个事务开始时分配一个唯一的事务ID(TransactionID)。-每行数据包含两个隐藏字段:创建版本号(创建该行数据的事务ID)和删除版本号(删除该行数据的事务ID)。-在可重复读隔离级别下,读操作只能看到在事务开始之前已经提交的版本(即事务ID小于等于当前事务ID的已提交版本)。**优点**:读操作不需要加锁,避免了读写冲突,提高了读性能。###2.CAS(比较并交换)**概念**:CAS是一种原子操作,用于实现多线程环境下的无锁同步。它包含三个操作数:内存位置(V)、预期原值(A)和新值(B)。当且仅当V的值等于A时,CAS才会将V的值更新为B,否则不执行任何操作。无论是否更新,都会返回V的当前值。**Java中的实现**:-通过`java.util.concurrent.atomic`包下的原子类(如`AtomicInteger`)提供CAS操作。-底层使用Unsafe类调用硬件级别的原子指令(如x86的CMPXCHG指令)。**优点**:避免线程阻塞,减少锁竞争,提高并发性能。###3.MVCC与CAS的关系-**相同点**:两者都是用于解决并发冲突的技术,且都属于乐观并发控制的范畴(MVCC在读取时乐观,CAS在更新时乐观)。-**不同点**:-**应用层面**:MVCC主要用于数据库系统,而CAS主要用于编程语言(如Java)中的多线程同步。-**实现机制**:MVCC通过维护多个数据版本实现无锁读;CAS则通过硬件指令实现单个变量的原子更新。-**解决冲突的粒度**:MVCC解决的是读写冲突(特别是读多写少场景);CAS解决的是多线程写冲突(通过重试机制)。-**数据版本**:MVCC显式维护多个历史版本;CAS不维护历史版本,只关注当前值。###4.在数据库和Java中的实现对比|**特性**|**MVCC(数据库)**|**CAS(Java)**||----------------|---------------------------------------------|------------------------------------------||**实现目标**|高并发读写(读不阻塞写,写不阻塞读)|无锁原子更新(避免线程阻塞)||**实现机制**|行级版本控制(创建/删除版本号)|硬件级原子指令(如CMPXCHG)||**典型应用**|MySQL(InnoDB)、PostgreSQL等数据库事务|`AtomicInteger`、`ConcurrentHashMap`等||**冲突解决**|版本可见性规则(避免冲突)|重试(自旋)机制||**适用场景**|读多写少的数据库操作|多线程环境下的共享变量更新|###5.协同使用案例在某些系统中,MVCC和CAS可以结合使用:-例如,在分布式数据库中,MVCC用于处理事务内的读写,而CAS用于分布式节点间的数据同步(如Raft算法中的日志提交)。-在应用层,使用CAS实现乐观锁(如版本号更新),而数据库底层使用MVCC来支持高并发查询。###总结MVCC和CAS都是解决并发问题的有效手段,但应用场景和实现机制不同。MVCC侧重于数据库层面的读写并发控制,而CAS侧重于程序层面的原子操作。理解它们的区别和联系有助于在不同场景下选择合适的并发控制策略。相关问题:1.MVCC在MySQL中是如何具体实现的?2.CAS在Java并发包中还有哪些应用?3.MVCC能否完全避免加锁?为什么?4.在分布式系统中,CAS和MVCC分别扮演什么角色?</think>### MVCC版本并发控制概念解析 **核心目标**:解决数据库读写冲突,实现**高并发下的非阻塞读取**。通过维护数据的多个历史版本,使读操作访问快照数据,写操作更新新版本,避免读写互斥锁[^1][^4]。 #### 一、MVCC实现机制(以MySQL InnoDB为例) 1. **版本链结构** - 每行数据隐藏两个字段: - `DB_TRX_ID`:最近修改该行的事务ID - `DB_ROLL_PTR`:指向Undo Log中旧版本数据的指针 - 数据修改时,旧版本存入Undo Log,形成版本链[^1][^5]。 2. **读操作流程** ```mermaid graph LR A[事务开始] --> B{生成ReadView} B --> C[扫描版本链] C --> D{检查版本可见性} D -->|可见| E[返回数据] D -->|不可见| F[遍历下一个版本] ``` - **ReadView**:事务启动时记录活跃事务ID列表,用于判断版本可见性 - **可见性规则**: - 版本事务ID < 当前事务ID 且不在活跃列表中 → 可见 - 版本事务ID是自身事务 → 可见 - 其他情况 → 不可见[^1][^3]。 3. **写操作流程** - 修改数据时生成新版本 - 旧版本存入Undo Log - 提交时更新版本链指针[^5]。 --- ### MVCC与CAS的关系及对比 #### 二、本质区别与协同场景 | **特性** | **MVCC** | **CAS** | |----------------|-----------------------------------|-----------------------------| | **应用层级** | 数据库引擎层 | 编程语言层(如Java) | | **核心目标** | 隔离读写操作 | 实现无锁原子更新 | | **实现机制** | 多版本数据+快照隔离 | 硬件级原子指令(CMPXCHG) | | **冲突处理** | 通过版本隔离避免冲突 | 失败后自旋重试 | | **典型场景** | 数据库事务(如MySQL InnoDB) | Java并发包(AtomicInteger) | #### 三、协同使用案例 1. **数据库乐观锁** - MVCC提供多版本读 → 应用层用CAS更新版本号 → 提交时校验版本号[^4] ```sql UPDATE products SET stock = stock - 1, version = version + 1 WHERE id = 100 AND version = 5; -- 类似CAS的预期值校验 ``` 2. **Java并发容器** - `ConcurrentHashMap` 分段锁 + CAS更新桶节点[^2] - MVCC思想体现在读操作访问快照数据(无锁) --- ### Java中CAS的实现与对比 #### 四、Java并发包中的CAS ```java // 使用AtomicInteger实现CAS计数 AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0); void safeIncrement() { int oldVal; do { oldVal = counter.get(); // 读取当前值(类似MVCC的快照) } while (!counter.compareAndSet(oldVal, oldVal + 1)); // CAS更新 } ``` **与MVCC差异**: - CAS操作**单变量原子性**,MVCC维护**整行数据多版本** - CAS需开发者显式处理冲突(自旋),MVCC自动处理版本可见性 #### 五、性能对比 | **场景** | **MVCC** | **CAS** | |------------------|-----------------------|----------------------| | 读多写少 | 极高(无锁读) | 高(无竞争时) | | 写冲突频繁 | 中等(版本维护开销) | 低(自旋消耗CPU) | | 长事务 | 支持良好 | 不适用 | > **关键结论**: > MVCC是数据库级并发控制策略,CAS是代码级原子操作工具。 > MVCC通过多版本实现**非阻塞读**,CAS通过硬件指令实现**无锁写**,两者在分布式系统中可协同使用[^3][^4]。 --- ### 总结对比图 ```mermaid graph TD A[并发控制技术] --> B[乐观策略] A --> C[悲观策略] B --> D[MVCC] B --> E[CAS] D --> F[数据库多版本隔离] E --> G[编程层原子操作] C --> H[传统锁机制] ```
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