什么是MVCC？

原创 已于 2024-06-04 18:22:26 修改 · 434 阅读 · 2 ·
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#数据库 #mysql

于 2024-04-15 18:06:25 首次发布
本文详细解释了MVCC（多版本并发控制）如何使用乐观锁思想解决读写冲突，涉及ReadView的构造规则、依赖的隐藏字段和UndoLog的作用，以及如何通过版本链和事务ID来管理数据一致性。

  • MVCC(Multiversion Concurrency Control)多版本并发控制

  • MVCC的本质是采用乐观锁思想的一种方式

  • MVCC是为了解决读写冲突

  • MVCC的实现依赖于隐藏字段、Undo Log、Read View

    • 隐藏字段

      • DB_TRX_ID:

        • 记录最近修改这条记录的事务ID。这个字段用于标识插入或最后一次修改该行记录的事务。当一个新的事务尝试读取数据时，会根据这个ID与当前的Read View进行对比，以决定数据的可见性。

      • DB_ROLL_PTR:

        • 回滚指针，指向这条记录的上一个版本。当一条记录被更新时，InnoDB不会直接修改原记录，而是创建一个新的版本，并通过这个回滚指针链接到旧版本。这样就形成了一个版本链，允许事务回滚到之前的状态，同时也支持历史数据的查询。

      • DB_ROW_ID:

        • 隐含的自增ID，也称为隐藏主键。如果表结构没有指定主键，InnoDB会自动生成这样一个唯一键。它帮助维持记录的唯一性和索引结构，即便在无显式主键的表中也能保证MVCC机制的运作。

    • Read View：控制读取的是什么版本的历史记录

      • 参数

        • creator_trx_id：创建这个 Read View 的事务 ID

        • trx_ids：表示在生成ReadView时当前系统中，活跃的(“活跃”指的就是，启动了但还没提交)事务id列表

        • up_limit_id：活跃的事务中最小的事务 ID

        • low_limit_id：最大事务id+1

      • 规则

        • ReadView的规则

          • trx_id记录undo log版本链的事务id

          • 如果被访问版本的trx_id属性值与ReadView中的creator_trx_id值相同，意味着当前事务在访问它自己修改过的记录，所以该版本可以被当前事务访问

          • 如果被访问版本的trx_id属性值小于ReadView中的up_limit_id值，表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView前已经提交，所以 该版本可以被当前事务访问

          • 如果被访问版本的trx_id属性值大于或等于ReadView中的low_limit_id值，表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView后才开启，所以该版本不可以被当前事务访问

          • 如果被访问版本的trx_id属性值在ReadView的up_limit_id和 low_limit_id之间，那就需要判断一下trx id属性值是不是在 trx_ids 列表中

            • 如果在,说明创建ReadView时生成该版本的事务还是活跃的(未提交),该版本不可以被访问

            • 如果不在，说明创建ReadView时生成该版本的事务已经被提交，该版本可以被访问

    • Undo Log：保存历史快照

      • 多个事务对同一个行记录进行更新会产生多个历史快照，这些历史快照保存在 Undo Log

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MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制）是一种用于管理数据库并发操作的技术，旨在提高系统的并发性能，同时保持数据的一致性。MVCC通过为每个事务提供一个数据的快照，使得多个事务可以同时读取和修改数据而不会相互干扰。这种方式避免了读操作对写操作的阻塞，从而提升了数据库的性能[^2]。 在MVCC机制下，数据库不会直接覆盖旧的数据版本，而是创建新的数据版本，并保留旧版本以供其他事务读取。每个事务在读取数据时，实际上看到的是一个特定时间点的数据快照，而不是数据的当前状态。这种机制特别适用于支持事务的数据库系统，例如MySQL的InnoDB存储引擎[^1]。 MVCC的主要特点包括： - **非阻塞读操作**：读操作不会阻塞写操作，反之亦然，从而提高了并发性能。 - **数据一致性**：通过维护多个数据版本，MVCC确保事务能够看到一致的数据视图。 - **解决并发问题**：MVCC可以解决脏读、不可重复读等问题，但无法单独解决更新丢失的问题[^4]。 在MySQL的InnoDB存储引擎中，MVCC的实现主要依赖于两个概念：隐藏列和Read View。InnoDB使用乐观并发控制策略，通过维护数据的多个版本来支持高并发的读写操作。具体来说，InnoDB通过两个隐藏的列（`DB_TRX_ID`和`DB_ROLL_PTR`）来追踪每个版本的数据以及回滚指针，从而实现数据版本的管理。当事务执行快照读时，InnoDB会生成一个Read View，记录事务生成快照时的系统状态，尤其是所有活跃事务的ID列表。通过Read View，事务可以确定哪些数据版本是可见的，哪些是不可见的，从而保证了数据的一致性和隔离性[^5]。 ### MVCC的优点 - **提高并发性能**：MVCC通过避免不必要的锁竞争，显著提高了数据库的并发性能。 - **非阻塞读**：读操作不会阻塞写操作，也不会被写操作阻塞，从而提高了系统的吞吐量。 - **一致性视图**：每个事务在读取数据时看到的是一致性的数据快照，避免了读取不一致的问题。 ### 示例代码 以下是一个简单的Python示例，模拟了MVCC的基本概念。假设我们有一个简单的数据库表，其中包含一个`users`表，记录用户的ID和名称。当多个事务并发读写时，MVCC通过维护数据的多个版本来确保一致性。 ```python class VersionedValue: def __init__(self, value, version): self.value = value self.version = version class MVCCDatabase: def __init__(self): self.data = {} # 模拟数据库中的数据 self.version = 0 # 全局版本号 def write(self, key, value): """写入新值并增加版本号""" self.version += 1 if key in self.data: # 如果键已存在，保留旧版本并添加新版本 self.data[key].append(VersionedValue(value, self.version)) else: # 如果键不存在，创建新列表并添加第一个版本 self.data[key] = [VersionedValue(value, self.version)] def read(self, key, read_version): """根据指定版本号读取值""" if key not in self.data: return None # 查找小于等于read_version的最新版本 versions = self.data[key] for versioned_value in reversed(versions): if versioned_value.version <= read_version: return versioned_value.value return None # 示例使用 db = MVCCDatabase() db.write("user1", "Alice") # 版本1 db.write("user2", "Bob") # 版本2 db.write("user1", "Charlie") # 版本3 # 事务1读取版本2的数据 print(db.read("user1", 2)) # 输出: Alice print(db.read("user1", 3)) # 输出: Charlie ``` 在这个示例中，`VersionedValue`类用于表示数据的每个版本，包含值和对应的版本号。`MVCCDatabase`类模拟了数据库的行为，支持写入新版本和根据版本号读取数据。通过这种方式，可以直观地理解MVCC如何通过维护多个数据版本来实现并发控制。 ###
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