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MVCC详解

什么是MVCC?

MVCC,即Multi-Version Concurrency Control (多版本并发控制)。它是一种并发控制的方法,一般在数据库管理系统中,实现对数据库的并发访问,在编程语言中实现事务内存。

通俗的讲,数据库中同时存在多个版本的数据,并不是整个数据库的多个版本,而是某一条记录的多个版本同时存在,在某个事务对其进行操作的时候,需要查看这一条记录的隐藏列事务版本id,比对事务id并根据事物隔离级别去判断读取哪个版本的数据。

数据库隔离级别读已提交、可重复读 都是基于MVCC实现的,相对于加锁简单粗暴的方式,它用更好的方式去处理读写冲突,能有效提高数据库并发性能。

MVCC实现的关键知识点

事务版本号

事务每次开启前,都会从数据库获得一个自增长的事务ID,可以从事务ID判断事务的执行先后顺序。这就是事务版本号。

隐式字段

对于InnoDB存储引擎,每一行记录都有两个隐藏列trx_idroll_pointer,如果表中没有主键和非NULL唯一键时,则还会有第三个隐藏的主键列row_id

undo log

undo log,回滚日志,用于记录数据被修改前的信息。在表记录修改之前,会先把数据拷贝到undo log里,如果事务回滚,即可以通过undo log来还原数据。

可以这样认为,当delete一条记录时,undo log 中会记录一条对应的insert记录,当update一条记录时,它记录一条对应相反的update记录。

undo log有什么用途呢?

  • 事务回滚时,保证原子性和一致性
  • 用于MVCC快照读

版本链

多个事务并行操作某一行数据时,不同事务对该行数据的修改会产生多个版本,然后通过回滚指针(roll_pointer),连成一个链表,这个链表就称为版本链。如下:

其实,通过版本链,我们就可以看出事务版本号、表格隐藏的列和undo log它们之间的关系。我们再来小分析一下。

        1.假设现在有一张core_user表,表里面有一条数据,id为1,名字为孙权:

        2.现在开启一个事务A: 对core_user表执行update core_user set name ="曹操" where id=1,会进行如下流程操作

  • 首先获得一个事务ID=100
  • 把core_user表修改前的数据,拷贝到undo log
  • 修改core_user表中,id=1的数据,名字改为曹操
  • 把修改后的数据事务Id=101改成当前事务版本号,并把roll_pointer指向undo log数据地址。

快照读和当前读

快照读

读取的是记录数据的可见版本(有旧的版本)。不加锁,普通的select语句都是快照读,如:

select * from core_user where id > 2;

当前读

读取的是记录数据的最新版本,显式加锁的都是当前读

select * from core_user where id > 2 for update;
select * from account where id>2 lock in share mode;

Read View

  • Read View是什么呢? 它就是事务执行SQL语句时,产生的读视图。实际上在innodb中,每个SQL语句执行前都会得到一个Read View。
  • Read View有什么用呢? 它主要是用来做可见性判断的,即判断当前事务可见哪个版本的数据~

Read View是如何保证可见性判断的呢?我们先看看Read view 的几个重要属性

  • m_ids:当前系统中那些活跃(未提交)的读写事务ID, 它数据结构为一个List。
  • min_limit_id:表示在生成ReadView时,当前系统中活跃的读写事务中最小的事务id,即m_ids中的最小值。
  • max_limit_id:表示生成ReadView时,系统中应该分配给下一个事务的id值。
  • creator_trx_id: 创建当前read view的事务ID

Read view 匹配条件规则如下:

  • 如果数据事务ID trx_id < min_limit_id,表明生成该版本的事务在生成Read View前,已经提交(因为事务ID是递增的),所以该版本可以被当前事务访问。
  • 如果trx_id>= max_limit_id,表明生成该版本的事务在生成ReadView后才生成,所以该版本不可以被当前事务访问。
  • 如果 min_limit_id =<trx_id< max_limit_id,需腰分3种情况讨论
  • (1).如果m_ids包含trx_id,则代表Read View生成时刻,这个事务还未提交,但是如果数据的trx_id等于creator_trx_id的话,表明数据是自己生成的,因此是可见的。
  • (2)如果m_ids包含trx_id,并且trx_id不等于creator_trx_id,则Read View生成时,事务未提交,并且不是自己生产的,所以当前事务也是看不见的;
  • (3).如果m_ids不包含trx_id,则说明你这个事务在Read View生成之前就已经提交了,修改的结果,当前事务是能看见的。

MVCC实现原理分析

查询一条记录,基于MVCC是怎样的流程

  1. 获取事务自己的版本号,即事务ID
  2. 获取Read View
  3. 查询得到的数据,然后Read View中的事务版本号进行比较。
  4. 如果不符合Read View的可见性规则, 即就需要Undo log中历史快照;
  5. 最后返回符合规则的数据

InnoDB 实现MVCC,是通过 Read View+ Undo Log 实现的,Undo Log 保存了历史快照,Read View可见性规则帮助判断当前版本的数据是否可见。

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